Eine neue Bildgebungspipeline, Neuroplex, ermöglicht es Neurowissenschaftlern, bis zu neun verschiedene Gehirnschaltkreise gleichzeitig in einer frei beweglichen Maus zu verfolgen – eine Leistung, die bisher unmöglich war. Dieser Durchbruch könnte zu tieferen Einblicken in Lernen, Altern und neurodegenerative Erkrankungen führen.
Die Zwei-Farben-Grenze durchbrechen
Wissenschaftler am Max-Planck-Florida-Institut für Neurowissenschaften entwickelten Neuroplex in Zusammenarbeit mit ZEISS und MetaCell, um eine langjährige Hürde zu überwinden. Herkömmliche Miniskope – winzige am Kopf montierte Mikroskope – konnten nur zwei fluoreszierende Farben unterscheiden, was die Forscher auf die Verfolgung von zwei Zelltypen gleichzeitig beschränkte. Um mehrere Schaltkreise zu untersuchen, mussten sie separate Experimente durchführen und Verhaltenstests mit verschiedenen Markierungen wiederholen. Dies war langsam, kostspielig und durch Unterschiede zwischen Tieren kompliziert.
Die neue Methode, veröffentlicht in eLife, integriert Miniskop-Aufnahmen mit spektraler Konfokalmikroskopie. Der Ablauf: Neuronale Aktivität während des Verhaltens mit dem Miniskop aufzeichnen, es dann entfernen und dieselbe Gehirnregion mit einem speziellen Mikroskop (ZEISS LSM 980) abbilden, das bis zu neun Fluoreszenzmarker durch dieselbe implantierte Linse dekodieren kann. Ein benutzerdefiniertes Python-Ausrichtungswerkzeug gleicht dann die funktionellen Aufnahmen mit der hochauflösenden Farbkarte ab.
Nachgewiesene Genauigkeit in echten Gehirnschaltkreisen
Als Machbarkeitsnachweis zielte das Team auf neun verschiedene Projektionsschaltkreise ab, die vom medialen präfrontalen Kortex während sozialen Verhaltens ausgehen. Das automatisierte Programm ordnete etwa 75 % der aktiven Neuronen ihrer korrekten Schaltkreisidentität zu, mit einer Genauigkeit von 90 %. Da die Bildgebung nicht destruktiv ist, können Forscher dieselben Neuronen über Wochen oder Monate verfolgen und beobachten, wie sich Schaltkreise mit Lernen oder Krankheit verändern.
Warum es für Ihr Gehirn wichtig ist
Diese Technologie ist noch nicht für den Menschen geeignet, beschleunigt aber die grundlegende Neurowissenschaft. Zu verstehen, wie mehrere Gehirnschaltkreise bei komplexen Verhaltensweisen in Mäusen koordinieren, bietet eine Vorlage für die Untersuchung ähnlicher Prozesse beim Menschen. Einblicke, wie sich Schaltkreise beim Lernen anpassen, könnten eines Tages Strategien zur Erhaltung kognitiver Flexibilität informieren. Und durch die Verfolgung derselben Neuronen im Laufe der Zeit können Forscher sehen, wie Altern oder Krankheit die Schaltkreise stört, was möglicherweise zu früheren Diagnosen führt.
Was Sie jetzt tun können
Während Sie Ihre eigenen Neuronen nicht beobachten können, können Sie die Schaltkreise Ihres Gehirns unterstützen, indem Sie geistig aktiv bleiben. Engagieren Sie sich in vielfältigen kognitiven Herausforderungen – Rätsel, neue Fähigkeiten erlernen oder Gehirntraining – um synaptische Plastizität zu fördern. Regelmäßige Bewegung und guter Schlaf verbessern ebenfalls die neuronale Kommunikation. Diese Gewohnheiten halten die Netzwerke Ihres Gehirns flexibel, ähnlich wie die Anpassungsfähigkeit, die Wissenschaftler besser verstehen möchten.
Quelle: Neuroscience News
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