Hirnforschung Der Herr der Fliegen

2. Teil: Langsam wird das Insekt mit Wachs zur Mumie gemacht - die nichts mehr kann außer mit den Facettenaugen zu sehen


Während Kapfer im Keller hobelt, scannt Friedrich Förstner ein Stockwerk höher Zellen ein. Der Biomathematiker ist ein Wanderer zwischen den Projekten Big und Model Fly. Er ist gerade mal 25 und sitzt schon an seiner Doktorarbeit ("Ich habe drei Brüder und musste nicht zum Bund"). Auch Förstners Arbeit erfordert immensen Aufwand.

Erstmal muss man an das Fliegenhirn heran – in der lebenden Fliege wohlgemerkt. Die Chitinkapsel des Fliegenkopfs wird am Hinterkopf geöffnet und das Gehirn freigelegt. Das braucht eine ruhige Hand.

Vor der OP wird die Fliege mit Kohlendioxid betäubt und rücklings mit flüssigem Wachs an eine Glasplatte geklebt. Peu à peu ummantelt der Präparator dann das Insekt mit Wachs, bis es wie eine Mumie eingehüllt nichts mehr tun kann außer mit ihren beiden Facettenaugen zu sehen (siehe Video).

Dann kommt die Fliege in eine "LED-Arena", einen halben Zylinder, in dem Lichtpunkte computergesteuert aufblitzen. Hier erlebt die Fliege den letzten Flug ihres Lebens – allerdings nur als Simulation.

Ihr wird vorgegaukelt, dass sie sich vertikal, horizontal oder um ihre eigene Achse bewegt. In diesem Fliegenkino ist alles möglich. Während die Fliege so optisch gereizt wird, stochert man mit einer farbstoffgefüllten Elektrode in ihrem Gehirn herum - auf der Suche nach der einen Nervenzelle, die man scannen möchte.

In einem Fliegengehirn gibt es Zell-Spezialisten, die nur auf bestimmte Bewegungsrichtungen reagieren. Sieht die Fliege in der Arena also einen Vertikal-Film und hat man eine Nervenzelle angepiekst, die auf vertikale Bewegungen spezialisiert ist, reagiert sie auf den Reiz.

"Eigentlich eine recht stumpfsinnige Arbeit"

Die elektrischen Ströme der Nervenzelle werden über die feine Glaselektrode, die er in sie gepiekst hat, abgeleitet und durch einen Verstärker gejagt. Auf einem Oszilloskop ist die Zellreaktion als Salve von Entladungsspitzen zu sehen. Damit man bei der Suche unter dem Mikroskop nicht ständig auf den Monitor schauen muss, werden die Ströme auch akustisch umgewandelt. Dann rummst es aus den Lautsprecherboxen jedes Mal, wenn die Lichter hoch- und runterwandern.

Glücklicherweise hat Friedrich Unterstützung bei der schwierigen Präparation und der Suche nach der richtigen Zelle - sonst würde seine Doktorarbeit wahrscheinlich 20 Jahre dauern, bei den vielen Zellen, die er bereits gescannt hat.

Friedrich hat seine Zelle gefunden und mit dem Farbstoff gefüllt. Schnell und sicher klickt er auf dem Computer herum. Rot leuchtet die Zelle auf dem Monitor und offenbart ihre T-förmige Struktur. Noch ein paar Klicks, und das computergesteuerte Mikroskop scannt die Zelle automatisch. Jeder Handgriff sitzt. "Das Scannen selbst ist eigentlich eine recht stumpfsinnige Arbeit", sagt Friedrich und guckt ein wenig verschmitzt durch seine Brille. Aber es hat seinen Sinn. "Ich will herausfinden, ob es Gesetzmäßigkeiten gibt, warum die Zellen so aussehen und so wachsen."

Friedrich zeigt am Rechner Animationen, die das Wachstum der Zellen im Fliegenhirn simulieren. Es sieht lustig aus, wie auf einem Reißbrett mit vielen Punkten Arme aus Zellen wachsen und Verbindungen knüpfen. "Sie wachsen ökonomisch", sagt Friedrich. "Sie suchen sich den kürzesten Weg zu ihrem Ziel." Wie sie das schaffen, weiß keiner.

Zellen im 3-D-Kino

Und weiter. Friedrich zeigt den Raum mit dem 3-D-Beamer. Man fühlt sich wie im Kino – im Menschenkino.

Man setzt hier eine Brille auf, die keine roten und grünen Gläser hat, sondern spezielle Polarisationsfilter. Die gescannten Zellen werden auf der großen Leinwand in 3-D angezeigt - mit allen Details: die T-Äste der Vertikal-Zellen, weitere feine Verästelungen, die davon abgehen, sogenannte Dendriten. Hier erhält die Zelle Eingang von anderen Zellen.

Auf einzigartige Weise entsteht so ein Eindruck von der Räumlichkeit dieser Zellen: Und das alles passt in dieses kleine Fliegenhirn. Die Fliegenforscher wissen, dass ihre Forschung reichlich abstrakt ist. Da hilft es, etwas Greifbares zu zeigen.

Das Scannen hat einen weiteren Zweck: Borst und seine Leute wollen die Zellen in silico untersuchen.

In vitro - das ist außerhalb des lebenden Systems, im Reagenzglas. In vivo bedeutet: im lebenden System. Das ist die wachsumhüllte Fliege im LED-Kino mit Elektrode im Kopf. In silico – das sind Friedrichs gescannte und anschließend biomathematisch simulierte Zellen im Computer.

Fliegende Drohne mit vier Rotoren

Projekt Model Fly hat ein Fernziel: einen Schaltplan des Fliegengehirns im Rechner. Auf Basis dieses Schaltplans arbeitet das letzte von Borsts Projekten – Robofly. In Zusammenarbeit mit der Technischen Universität wird dort ein Quadrokopter entwickelt, eine fliegende Drohne mit vier Rotoren. Sie erinnert zwar nicht im Geringsten an eine Fliege, aber die Bewegungsstabilisation soll wie bei dem Insekt funktionieren.

Elektroden in Fliegenhirnen, Hobel, die drei Monate lang Fliegenhirne schneiden - Borsts Forschung ist reichlich abgedreht. Wie kann man so junge Forscher wie Friedrich dafür begeistern? Ganz von alleine gehe das, sagt Borst. Wer nur einmal über die Funktion des Gehirns nachgedacht habe und wisse, wie ein Computer funktioniere, der müsse einfach fasziniert sein von Nervenzellen. Und davon, wie sie arbeiten. Genau diese Frage hat auch ihn selbst damals fasziniert, in Würzburg, bei Martin Heisenberg, der sich das Drosophila-Gehirn vorknöpfte - mit einer ebenso bunten Truppe wie er heute.

"Und irgendwie bin ich da an den Fliegen kleben geblieben", sagt Borst.

  • 1. Teil: Der Herr der Fliegen
  • 2. Teil: Langsam wird das Insekt mit Wachs zur Mumie gemacht - die nichts mehr kann außer mit den Facettenaugen zu sehen


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