Forscher entwickeln neuartiges 3D-Modell des Gehirns | Leben & Wissen


Dieses Hirnfragment ist nicht größer als ein Kubik-Millimeter und steckt voller Geheimnisse!

US-Forscher haben es geschafft, ein extrem detailliertes 3D-Computermodell von Teilen der Großhirnrinde zu erstellen. Darin verbergen sich Millionen einzelner Strukturen, die die enorme Komplexität unseres Gehirns zeigen.

Das untersuchte Hirnstück enthält insgesamt etwa 57 000 Zellen und 150 Millionen Synapsen. Das entspreche 1,4 Petabyte an Daten, also 1,4 Millionen Gigabyte.

► Solche detaillierten Aufnahmen des Gehirns sind bislang einmalig und wichtig, um die Funktionsweise des Gehirns vollständig zu verstehen.

Einzigartige Erkenntnisse unserer Hirn-Funktion

Das menschliche Gehirn ist ein äußerst kompliziertes Gewebe. Bislang ist aber nur wenig über seine zelluläre Mikro-Struktur, wie die synaptischen Schaltkreise, bekannt“ erklärt das Team. Unterbrechungen dieser Schaltkreise könnten mit Erkrankungen des Gehirns verbunden sein.

Als Vorlage für das Modell diente ein winziges Stück des Temporal-Lappens der Großhirnrinde. Das ist der Gehirnbereich, der für das Lernen, die Problemlösung und die Verarbeitung sensorischer Signale verantwortlich ist.

► Hirnchirurgen hatten das Fragment einer 45-jährigen Frau entnommen. Ziel war es, bei einer Epilepsie-Operation Zugang zu einem bestimmten Bereich im Hippocampus zu bekommen.

Nach der Entnahme wurde das Hirnstück in Konservierungsmittel getaucht und mit Schwermetallen eingefärbt, um die Zellen besser sichtbar zu machen. Das Team hobelte das winzige Hirnfragment in hauchfeine Scheiben, scannte jede davon mit einem Elektronen-Mikroskop und setzte die Schnittbilder zu einem 3D-Modell zusammen.

Die einen Kubik-Millimeter große Gewebeprobe enthält etwa 50 000 Zellen und etwa 150 Millionen Synapsen

Die einen Kubik-Millimeter große Gewebeprobe enthält etwa 50 000 Zellen und etwa 150 Millionen Synapsen

Foto: Google Research & Lichtman Lab (Harvard University). Renderings by D. Berger (Harvard University)

► Die Forscher entdeckten Neuronen, die bis zu 50 Verbindungen untereinander aufwiesen. „Im Allgemeinen findet man höchstens ein paar Verbindungen zwischen zwei Neuronen“, so Viren Jain, Mitautor der Studie. An anderer Stelle zeigte das Modell Neuronen mit Ranken, die Knoten um sich selbst bildeten.

„Niemand hatte so etwas zuvor gesehen“, betont Jain. Den Moment, in dem Jain die Bilder sah und in die Synapsen hineinzoomen konnte, beschreibt er als ein „spirituelles Gefühl.“

Das Modell ist im Internet frei zugänglich. Die Forscher hoffen, dass auch andere Wissenschaftler das neue Hirnmodell nutzen.

Leave a Reply

Scroll to Top