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Virtuelle Karte: Wie das Gehirn zur Denkmaschine wird

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Gehirnatlas: So entwickeln sich die Nervenzellen von Mensch und Maus Fotos
Allen Institute for Brain Science

Was macht unser Gehirn so besonders, warum denken, fühlen und agieren Menschen anders als Tiere? Forscher haben jetzt die Denkorgane von vier Föten untersucht. Das Ergebnis ist eine Karte, die erkennen lässt, wie die Gene das Wachstum des Hirns lenken.

Was macht den Menschen so besonders? Warum agieren wir anders als Tiere? Und wie entstehen Krankheiten wie Autismus oder Schizophrenie? Diese Fragen wollen US-Forscher mit ihrem sogenannten "BrainSpan"-Gehirnatlas beantworten. Ein rund 80-köpfiges Wissenschaftlerteam hat dafür nun die Gehirne von vier verstorbenen, menschlichen Föten untersucht - von der Übersicht über die Anatomie bis ins Detail verschiedener Gene.

Die im Fachblatt "Nature" veröffentlichte Studie erlaubt einen faszinierenden Einblick in die Entwicklung des menschlichen Gehirns. Sie zeigt, wie das Denkorgan des Kindes während der Schwangerschaft heranwächst und welche Funktionen die verschiedenen Hirnregionen übernehmen.

"Wenn wir herausfinden, wo sich bestimmte Gene im Gehirn befinden, können wir erklären, welche Rolle sie spielen", sagt Studienleiter Ed Lein. Der Atlas liefere ein umfassendes Verständnis darüber, welche Gene in welchen Regionen während der Entwicklung in der Schwangerschaft an- oder ausgeschaltet seien. "Wir können damit verstehen, was wichtig ist für die normale, gesunde Hirnentwicklung", so Lein, "und haben ein wichtiges Instrument um herauszufinden, was bei Krankheiten schiefläuft."

Entwurf der menschlichen Entwicklung

Die Studie ist Teil des "BrainSpan Atlas", an dem verschiedene wissenschaftliche Institutionen bereits seit Jahren arbeiten. Das Ziel ist, die Entwicklung des Gehirns von der Entstehung bis zum ausgereiften Organ eines Erwachsenen nachzuvollziehen und anatomische, genetische und funktionelle Karten zu entwickeln. Alle Daten sind öffentlich auf der "BrainSpan"-Webseite zugänglich.

Für ihre Kartierung haben Lein und seine Kollegen die Gehirne von vier verstorbenen Föten untersucht. Zwei Föten hatten nur 15 und 16 Wochen lang im Mutterleib gelebt, zwei 21 Wochen lang. Die Gehirnpräparate wurden in dünne Scheiben geschnitten, angefärbt, genetisch markiert, per Kernspintomographie untersucht und mit speziellen genetischen Analysen kartiert.

Die Markierungen belegen etwa, dass sich Rezeptoren für Folsäure - ein für die Entwicklung von Nervenzellen unentbehrliches Vitamin - hauptsächlich in zwei bestimmten Regionen des Gehirns befinden. Mutationen des Rezeptors können schwere neurologische Schäden anrichten. Für Forscher ist das Wissen aus dem Atlas ein weiterer Baustein zum Verständnis der verschiedenen Störungen, die einem solchen Folsäuremangel folgen können. Die Daten lieferten außerdem wichtige Anhaltspunkte, so Lein, was das menschliche Gehirn einzigartig mache.

Ein Atlas vom Mäusegehirn

Die Publikation kommt zu einem passenden Zeitpunkt: Genau vor einem Jahr hatte US-Präsident Barack Obama seine "Brain Initiative" angekündigt, mit der die Regierung die Erforschung des Gehirns finanziell kräftig unterstützt. Und vor nur einem Monat hatte er angeboten, die Förderung von 100 Millionen US-Dollar im Jahr 2014 auf 200 Millionen US-Dollar im Jahr 2015 zu verdoppeln.

Nicht zu verwechseln ist die "Brain Initiative" mit dem europäischen Pendant, dem "Human Brain Project", das Anfang Februar von der EU gestartet wurde. Eine Jury in Brüssel hatte die Erforschung des Gehirns ebenfalls als eines der Schlüsselprojekte der Zukunft ausgewählt, gefördert wird es mit einer Milliarde Euro.

Um besser zu verstehen, wie sich Nervenzellen entwickeln, wie sie miteinander kommunizieren und sich untereinander vernetzen, hat eine weitere Forschergruppe vom Allen Institute for Brain Science Mäusegehirne untersucht. Analog zum Gehirnatlas des Menschen gibt es dort auch einen Atlas des Mäusegehirns. Das Organ der Nager ähnelte dem des Menschen strukturell, so die Forscher, so dass es sich als Modell auch für das Verständnis von Abläufen im menschlichen Gehirn eigne. Mäuse besitzen ungefähr 75 Millionen Nervenzellen im Gehirn, beim Menschen sind es schätzungsweise 100 Milliarden.

Mithilfe von 1700 Mäusegehirnen, die in je 140 Teile zerschnitten wurden, verschafften sich die Forscher einen umfassenden Überblick: Mit diesen Daten konnten "wir einen dreidimensionalen Referenzraum schaffen", sagt Studienleiterin Hongkui Zeng. "Darin können wir nun die Ergebnisse von unseren Tausenden Versuchen nebeneinander vergleichen." Die Ergebnisse zeigten, wie unterschiedlich stark verschiedene Verbindungen ausgebildet seien, so die Forscher. Das variiere um bis zu fünf Größenordnungen. Die besonders gut ausgebildeten Verbindungen seien dabei sehr selten, die schwachen häufig.

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insgesamt 81 Beiträge
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    Seite 1    
1. Autismus
Cspan 03.04.2014
Autismus ist aber keine Krankheit.
2. Was bringt?
smaex 03.04.2014
Seit Jahren werden irgendwelche Hirne zerschnitten und Karten gezeichnet. Aber was nützt das, wenn bis heute kein Wissenschaftler erklären kann, wie nur die Erinnerung an ein einziges Wort, ein einziges Bild oder einen einzigen Ton gespeichert werden. In Wirklichkeit haben wir doch seit Jahren keinerlei Fortschritt bei der Erkenntnis der Arbeit unseres Gehirns!
3. Gene, Proteine, RNAs, das ist doch alles das Gleiche, ODER?
dumb nut 03.04.2014
[quote] "Wenn wir herausfinden, wo sich bestimmte Gene im Gehirn befinden, können wir erklären, welche Rolle sie spielen", sagt Studienleiter Ed Lein." [quote] Die Antwort ist einfach: Im Zellkern (und in den Mitochondrien). Dann lass mal hören, welche Rolle sie spielen. Oder sollte da vielleicht etwas anderes gesagt werden.
4. Die Mäuse haben die Forschung bezahlt
WernerS 03.04.2014
um nach der letzten Frage, der Frage aller Fragen, der Frage nach dem Leben, dem Universum und Allem zu suchen.
5. optional
evolution2.0 03.04.2014
Wissen ist Macht und wird von den mächtigen gegen die nicht wissenden benutzt.Wer das Gehirn versteht,hat die Kontrolle über die Menschheit.
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Das menschliche Gehirn und auch das Gehirn vieler Tiere ist in drei Hauptteile gegliedert: Vorderhirn, Mittelhirn und Rautenhirn. Schon bei niederen Wirbeltieren entstehen aus dem Vorderhirn (Prosencephalon) das der Nase zugeordnete Endhirn (Großhirn) und das den Augen zugeordnete Zwischenhirn. Das Mittelhirn (Mesencephalon) bleibt ungegliedert erhalten. Das Rautenhirn (Rhombencephalon) gliedert sich weiter auf in das Hinterhirn mit dem Kleinhirn und der Brücke sowie in das verlängerte Mark, das den Übergang zum Rückenmark bildet. Mit zunehmender Höherentwicklung vergrößern sich die Teile und differenzieren sich weiter.
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Die äußere Schicht des Großhirns wird als Großhirnrinde (Cortex cerebri, kurz Cortex) bezeichnet. Sie ist nur etwa zwei bis fünf Millimeter dick und enthält die erstaunliche Menge von 10 bis 14 Milliarden Nervenzellen. Wenn Gehirne in Formalin haltbar gemacht werden, sieht die Großhirnrinde grau aus. Sie wird deshalb auch als graue Substanz bezeichnet und umgangssprachlich spricht man oft von "grauen Zellen". Der übrige Teil des Großhirns besteht aus Nervenfasern, welche die Nervenzellen mit anderen Hirnteilen verbinden. Dieser Teil wird auch als weiße Substanz bezeichnet.


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