MIT-Ingenieure haben ein Hochgeschwindigkeitsmikroskop gebaut, das die elektrische Aktivität von Neuronen im gesamten Gehirn eines lebenden Tiers abbilden kann — 200 komplette Scans pro Sekunde des gesamten Gehirns einer Zebrafischlarve. Die Technik, die am 14. August vorgestellt wurde, könnte Wissenschaftlern helfen zu verstehen, wie das gesamte Gehirn Entscheidungen und Emotionen erzeugt.
Neuronen kommunizieren über elektrische Signale, doch diese Aktivität in Echtzeit über große Gehirnregionen hinweg zu beobachten, war bisher eine große Herausforderung. Herkömmliche Mikroskope sind zu langsam, um die schnellen, winzigen elektrischen Zuckungen zu erfassen, die sich durch neuronale Netze ausbreiten. Das neue Gerät löst das Problem mit einem modifizierten Lichtblattmikroskop, das ultrakurze Laserlichtimpulse und einen hochempfindlichen Detektor kombiniert, um den gesamten Kopf der Larve zu erfassen.
Da sich elektrische Signale in Neuronen mit der Emission von Licht verbinden lassen — durch fluoreszierende Proteine, die auf Spannungsänderungen reagieren —, ermöglicht das Mikroskop, die elektrische Aktivität im Wesentlichen beim Entstehen zu filmen. Bei einer Bildrate von 200 Bildern pro Sekunde kann es die schnellen Wellen neuronaler Aktivität erfassen, die Verhalten antreiben.
In Experimenten mit Zebrafischlarven zeichneten die Forscher Aktivitätsmuster im gesamten Gehirn auf, während sich die Tiere frei bewegten, und beobachteten, wie einzelne Neuronen feuerten, wenn der Fisch Beute verfolgte oder Hindernissen auswich. Das Team zeigte auch, dass die Technik so empfindlich ist, dass sie einzelne elektrische Impulse in einzelnen Neuronen erkennen kann.
Die Erfindung, die in einer am 14. August veröffentlichten Studie beschrieben wird, ist ein Schritt zu einem langfristigen Ziel der Neurowissenschaften: zu sehen, wie das gesamte Gehirn als Ganzes arbeitet. Da Zebrafische viele grundlegende Gehirnschaltkreise mit Säugetieren teilen, könnten die Erkenntnisse eines Tages auf komplexere Gehirne übertragen werden — und dabei helfen zu entschlüsseln, wie Entscheidungen, Lernen und Emotionen aus Milliarden von Neuronen entstehen.
