Ein Team der Tsinghua-Universität und des Chinese PLA General Hospital hat in Nature ein Mesoskop vorgestellt, das ein Gramm wiegt – ohne Akku – und Bilder drahtlos überträgt. Airscope heißt es, und sein eigentlicher Beitrag ist nicht das Gewicht allein, sondern was das Gewicht ermöglicht: Aufnahmen von Tausenden Neuronen in Mäusen, die sich frei bewegen, klettern und durch Röhren kriechen.

Was das Gerät kann

Ein 2-Megapixel-Sensor, ein optischer Aufbau aus vier asphärischen Linsen, ein Sichtfeld von sechs Millimetern und eine Auflösung von vier bis sechs Mikrometern – also einzelne Zellen. Klingt nach Datenblatt, ist aber der Kern des Problems: herkömmliche kopfmontierte Miniaturnikroskope wiegen meist über drei Gramm, was die Bewegung der Tiere einschränkt und ihr Verhalten verändert. Kabelgebundene Systeme tun dasselbe, nur offensichtlicher.

Airscope ist nach Angaben des Teams mehr als 30 Prozent leichter als vergleichbare Geräte und überträgt Megapixel-Bilder drahtlos, möglich gemacht durch aggressive Datenkompression. Der Akku ist magnetisch befestigt und schnell tauschbar; ein Tier kann also über längere Zeit beobachtet werden, ohne dass jemand es abstecken muss.

Die Zahlen, die zählen: mehr als 8.500 kortikale Neuronen gleichzeitig in einer Maus, laut Team 25-mal so viele wie bisherige drahtlose Geräte. Stabile Aufnahmen aus derselben Hirnregion über mehr als 200 Tage, mit einer Signalqualität, die an Tischmikroskope heranreicht.

Was damit tatsächlich gemacht wurde

Die interessanteren Ergebnisse sind verhaltensbezogen. Das Team beobachtete mehrere Mäuse bei der Erkundung eines fünf Quadratmeter großen naturalistischen Habitats und verfolgte über längere Zeit die selbstgewählte Exploration eines Labyrinths mit 32 Endarmen. Dabei zeigte sich, dass die kortikale Aktivität systematisch mit der Art des Untergrunds variierte, den die Tiere überquerten.

Das ist der Punkt, an dem solche Geräte von Technik zu Wissenschaft werden: ein Muster, das nur sichtbar wird, weil das Tier sich bewegen konnte, während gemessen wurde. Wer die neuronale Grundlage von Verhalten verstehen will, kann nicht gleichzeitig das Verhalten einschränken.

Einordnung

Das Team um Dai Qionghai (Tsinghua) und Dai Pu (Chinese PLA General Hospital) veröffentlichte die Arbeit am 19. Oktober in Nature. Die Grenzen sind die der Methode, nicht des Geräts: Mesoskopie braucht fluoreszierende Marker, also genetisch oder viral eingebrachte Indikatoren, und sie sieht Kortex, nicht Tiefe. Sechs Millimeter Sichtfeld sind für eine Maus viel und für einen Primaten wenig.

Trotzdem ist die Richtung bemerkenswert. Chinesische Gruppen arbeiten seit Jahren mit Nachdruck an Neurotechnologie und Hirn-Computer-Schnittstellen; ein Gerät, das weniger stört und mehr gleichzeitig sieht, ist dort ein Grundbaustein – für Grundlagenforschung und für alles, was später als BCI vermarktet werden soll. Dai nennt als nächste Anwendungen optische Hirn-Computer-Schnittstellen sowie Immunologie und Onkologie, wo miniaturisierte Bildgebung Krankheitsverläufe verfolgen könnte.

Der nüchterne Teil

Ein Gramm ist kein Selbstzweck. Es ist die Differenz zwischen einem Tier, das sein Verhalten zeigt, und einem Tier, das ein Kabel trägt. In der Neurowissenschaft hat diese Differenz jahrzehntelang Daten gekostet, und jede Generation leichterer Geräte hat Fragen beantwortbar gemacht, die vorher nicht zu stellen waren. Airscope ist in dieser Reihe kein Sprung ins Unbekannte, sondern ein sehr guter nächster Schritt.

Quellen