News aus Boston Wie Forscher in Gehirnen manipulieren

Auf der "Neurotech" tauschen sich Forscher über neueste Methoden zur Gehirnmanipulation aus. So sollen Viren das Gehirn von Mäusen kartieren und eine Hirnsuppe beim Zählen von Nervenzellen helfen.

3D-Scan von Nervenbahnen im Gehirn
Getty Images

3D-Scan von Nervenbahnen im Gehirn

Aus Boston berichtet


In der Hirnforschung vollzieht sich derzeit ein Wandel: Das Fach ist in Begriff, zur Ingenieurswissenschaft zu werden. Fast jede der großen Elite-Unis in Amerika hat einen Lehrstuhl oder gar ein ganzes Institut für "Neuroengineering" oder "Neurotechnology" gegründet. In der vergangenen Woche lud das MIT zur alljährlichen "Neurotech", wo sich die Gemeinde über die neuesten Methoden zur Gehirnmanipulation austauscht.

Die einen berichteten von neuen Verfahren, fluoreszierende Fingerabdrücke einzelner Synapsen zu nehmen. Andere begeisterten sich für die jüngsten Fortschritte beim Opsin-Design. So heißen die Moleküle, mit denen Nervenzellen empfindsam für die Reizung durch Licht gemacht werden. Und Suzana Herculano-Houzel aus Nashville berichtete, wie sie Hirnsuppe anrührt, um die Zahl von Nervenzellen auszählen zu können. Ihre jüngste Untersuchung galt den Raubtieren (Carnivoren), wobei vor allem der Waschbär überraschte: "Gemessen an der Zahl seiner Nervenzellen, müsste man ihn zu den Affen zählen", sagt sie.

+ + + Viren sollen das Gehirn kartieren + + +

Am meisten hat mich der Vortrag von Anthony Zador vom Cold Spring Harbor Laboratorium beeindruckt. Er präsentierte eine neue Methode, mit der er hofft, den gesamten Schaltplan des Gehirns kartieren zu können. Das Ganze, sagt er, koste nur 50.000 Dollar, und die eigentliche Kartierarbeit werde in einer einzigen Woche zu bewerkstelligen sein.

Zadors Trick: Er versieht jede Nervenzelle mit einer eigenen unverkennbaren Etikette. Er infiziert dazu die Neuronen mit Viren, von denen jedes in seinem Erbgut eine solche Etikette trägt. Die Kärrnerarbeit der Kartierung übernehmen dann diese Viren: Sie transportieren die Etiketten durch alle Verästelungen des Nervensystems. Zador muss sie am Ende nur noch auslesen, um rekonstruieren zu können, welches Neuron mit welchem verdrahtet ist.

Eine Enttäuschung allerdings konnte Zador seinem Publikum nicht ersparen: "Wir werden uns auf Mäuse beschränken müssen", sagt er. "Das Verfahren ist zu invasiv, als dass es sich im Menschen anwenden ließe."

+ + + Ultraschallsonden kommunizieren mit Nervenzellen +++

Der drei Millimeter lange Sensor am Nervenstrang einer Maus
UC Berkeley/ Ryan Neely

Der drei Millimeter lange Sensor am Nervenstrang einer Maus

Anders ist das mit "neuronalem Staub", er taugt auch zum Einsatz im Menschen. "Staub" nennt Michel Maharbiz aus Berkeley die neue Art von Sonden, mit denen er die Kommunikation mit Nervenzellen zu revolutionieren hofft.

Die Idee kam Maharbiz, als er vor ein paar Jahren über einen Parkplatz lief. Warum, so schoss es ihm durch den Kopf, funken wir immer Radiowellen, wenn wir mit implantierten Geräten im Körper sprechen wollen? Ist Ultraschall dafür nicht viel besser?

Inzwischen hat der Neuroingenieur Ultraschallsonden gebaut, und siehe da: Sie sind allen Konkurrenten überlegen. Sie sind viel kleiner, sie halten länger, sie brauchen weder Batterie noch Kabel, und sie lassen sich auch dann noch ansprechen, wenn sie viele Zentimeter tief ins Gewebe implantiert sind.

"Staub" ist trotzdem eine Übertreibung. Maharbiz' Sonden gleichen eher Sand- als Staubkörnern. Das ist zwar winzig im Vergleich zu anderen Instrumenten, doch um einzelne Nervenzellen abzuhorchen, immer noch zu groß. Maharbiz aber bleibt zuversichtlich: Theoretisch, so hat er ausgerechnet, lassen sich die Sonden noch rund 10.000-mal kleiner machen. Wenn ihm diese Miniaturisierung gelingt, wäre die Zeit reif für die Hirnbestäubung.

+ + + Forscher schaut Tieren beim Denken zu +++

Zum Abschluss noch eine weitere Neuerung aus der Werkstatt eines Neurotechnologen: Alipasha Vasiri ist es gelungen, Tieren beim Denken zuzusehen.

Der Forscher von der New Yorker Rockefeller-Universität manipuliert dazu die Nervenzellen seiner Versuchstiere so, dass sie fluoreszieren, wenn sie aktiv sind. Das so entstehende Geflacker lässt sich als Ausdruck ihres Denkens verstehen.

Vasiris eigentliches Kunststück besteht darin, dieses wirklich sichtbar zu machen. Nur durch subtile Manipulation des eingestrahlten Lichts und dank raffinierter Algorithmen kann er im diffusen Streulicht das Aufflackern einzelner Nervenzellen auflösen. Dem Fadenwurm und dem Zebrafisch hat der Forscher auf diese Weise bereits ins Hirn geschaut. Als Nächstes versucht er sich an der Maus.

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