Ein neues Mikroskop beleuchtet die Funktionsweise von Nervenzellen tief im Gehirn
Das neue Miniatur-Mikroskop ist ein Meilenstein für die Erforschung, wie das Gehirn komplexes Verhalten steuert
Wie finden wir heraus, was in Nervenzellen tief im Gehirn vor sich geht, während ein Tier aktiv ist? Forschende des Max-Planck-Instituts für Neurobiologie des Verhaltens – caesar (MPINB) haben ein Miniatur-Mikroskop entwickelt, das Mäuse auf dem Kopf tragen können, während sie sich uneingeschränkt bewegen. Das nur 2 Gramm schwere ferngesteuerte Mikroskop kann die neuronale Aktivität in allen Schichten der Großhirnrinde messen, selbst in tiefliegenden, ohne dass das Tier während der Versuche gestört wird. Anders als alle vergleichbaren Modelle funktioniert es auch bei Helligkeit und ermöglicht daher die Untersuchung des gesamten Verhaltensspektrums. Das neue Mikroskop ist ein Meilenstein für die Erforschung, wie das Gehirn komplexes Verhalten steuert.

Illustration zur Nature Methods Publikation "A three-photon head-mounted microscope for imaging all layers of visual cortex in freely moving mice"
Julia Kuhl
Wie genau entsteht eigentlich Verhalten? Um dies wirklich herauszufinden, müssen wir Tiere untersuchen, die sich frei bewegen und selbst entscheiden, wie sie mit ihrer Umwelt interagieren. Mittels kleiner, kopfgetragener Apparaturen gelingt es, die Gehirnaktivität aufzuzeichnen, ohne dabei das Verhalten des Tieres zu beeinträchtigen. „Wir wollen herausfinden, wie Tiere ihren Sehsinn nutzen, um Entscheidungen zu treffen. Viele der Nervenzellen, die vermutlich in diese Prozesse involviert sind, liegen tief im sogenannten visuellen Cortex, einem Teil der Großhirnrinde. Um diese Nervenzellen zu erreichen, haben wir ein extrem leichtes, kopfgetragenes Mikroskop entwickelt. Mit diesem gelingt es uns, die Aktivität der betreffenden Nervenzellen zu messen, ohne das Tier dabei in seinem Verhalten zu stören. Dies ist ein enormer Schritt, um die Gehirnaktivität tief in der Großhirnrinde zu analysieren, während das Tier natürliches, visuell gesteuertes Verhalten zeigt.“ sagt Prof. Dr. Jason Kerr, Leiter der Abteilung Organisation des Gehirns und Verhaltens.
In der am 28. November im Fachjournal Nature Methods veröffentlichten Studie präsentieren die Forschenden ihr neues Drei-Photonen-Miniaturmikroskop, welches eine Reihe von Innovationen bietet. Erstmalig ist es nun möglich, neuronale Aktivität in Einzelzellauflösung in allen Schichten der Großhirnrinde zu erfassen. Da das Fokussieren ferngesteuert erfolgt, wird das Tier während der Messungen nicht in seinem Verhalten beeinträchtigt. Das modulare Design des Mikroskops bietet zudem eine Einstellung für funktionelle, hochaufgelöste Bildgebung von neuronalen Zellkörpern bis hin zu den Ausläufern, den Dendriten. Aufgrund eines modifizierten Detektorsystems kann das Mikroskop auch in beleuchteter Umgebung verwendet werden. „Wir können die Gehirnaktivität nun auch in einer hell erleuchteten Versuchsarena messen. So kann das Tier all seine Sinne nutzen und wir können visuell gesteuertes Verhalten wie Beutefang oder Fluchtverhalten untersuchen“ sagt Alexandr Klioutchnikov, Erstautor der Studie.
Um Messbereich und Stabilität des neuen Drei-Photonen-Miniaturmikroskops zu prüfen, haben die Forschenden Messungen in den tiefen Schichten 4 und 6 der Großhirnrinde durchgeführt, während die Versuchstiere ihre Arena frei erkundeten. Das Forscherteam konnte zeigen, dass die Nervenzellen in beiden Schichten unterschiedlich moduliert werden, je nachdem wie hell oder dunkel die Umgebung war.
Ein weiterer Vorteil des neuen Mikroskops ist, dass es einfach entfernt und wieder an exakt der gleichen Stelle aufgesetzt werden kann. Dadurch ist es möglich, genau dieselben Gruppen von Nervenzellen erneut zu untersuchen, auch mit mehreren Tagen Abstand zwischen den Messungen. Dies eröffnet die Möglichkeit, Veränderungen in der Gehirnaktivität zu analysieren, beispielsweise wenn ein Tier lernt.
Originalveröffentlichung
Weitere News aus dem Ressort Wissenschaft
Diese Produkte könnten Sie interessieren

alpha300 R von WITec
3D Raman Mikroskope mit unerreichter Geschwindigkeit, Sensitivität und Auflösung
Jedes chemische Detail der Probe wird sichtbar

JEOL CRYO ARM von JEOL
Kryo-TEM: Schnelle und stabile Datenerfassung für Bioproben
Effizienzsteigerung in der Strukturbiologie mit automatisiertem Probenladesystem

FLUOVIEW FV4000 von EVIDENT
Revolutionäre Bildgebung mit FLUOVIEW FV4000: Konfokales Laser-Scanning
Nutzen Sie KI-gestützte Bildverarbeitung und innovative Detektortechnologie

Holen Sie sich die Life-Science-Branche in Ihren Posteingang
Mit dem Absenden des Formulars willigen Sie ein, dass Ihnen die LUMITOS AG den oder die oben ausgewählten Newsletter per E-Mail zusendet. Ihre Daten werden nicht an Dritte weitergegeben. Die Speicherung und Verarbeitung Ihrer Daten durch die LUMITOS AG erfolgt auf Basis unserer Datenschutzerklärung. LUMITOS darf Sie zum Zwecke der Werbung oder der Markt- und Meinungsforschung per E-Mail kontaktieren. Ihre Einwilligung können Sie jederzeit ohne Angabe von Gründen gegenüber der LUMITOS AG, Ernst-Augustin-Str. 2, 12489 Berlin oder per E-Mail unter widerruf@lumitos.com mit Wirkung für die Zukunft widerrufen. Zudem ist in jeder E-Mail ein Link zur Abbestellung des entsprechenden Newsletters enthalten.
Meistgelesene News
Weitere News von unseren anderen Portalen
Zuletzt betrachtete Inhalte
Auf die Markierung kommt es an - Wissenschaftler etablieren biologische Marker für die Darstellung kleinster molekularer Prozesse in lebenden Zellen

Astraveus SAS - Paris, Frankreich
Mechanorezeptor
Interzeption_(Gynäkologie)

Eingebauter Schutzmechanismus gegen Entzündungen - Kieler Forscher untersuchen Wirkungsweise von Immunzellen

GMS Gaswechsel-Messsysteme GmbH - Luckenwalde, Deutschland
Lichtsättigungspunkt
Friedrich_Junge_(Pädagoge)
Stockholm-Syndrom
Autochthone_Rückenmuskulatur
Trifunktionaler Antikörper Ertumaxomab zerstört effektiv Tumorzellen mit niedriger Her2-Expression
