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Big-Data-Analysen als Alternative zu Tierversuchen

| Redakteur: Dr. Ilka Ottleben

In Tübingen nutzen Forscher Big-Data-Analysen, um grundlegendes Verständnis über die Informationsverarbeitung im Gehirn zu erlangen – ohne zusätzliche Tierversuche. Die so entstandenen Open-Access-Datenbanken könnten künftig z.B. das Verständnis neuropsychiatrischer Erkrankungen verbessern – und dabei Tiere im Sinne des 3R-Prinzips schützen.

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Für eine Alternativmethode zu Tierversuchen erhielt er kürzlich den Ursula M. Händel-Tierschutzpreis der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG): Dr. Hamid Noori Leiter der unabhängigen Forschungsgruppe „Neuronal Convergence“, am Tübinger MPI für biologische Kybernetik.
Für eine Alternativmethode zu Tierversuchen erhielt er kürzlich den Ursula M. Händel-Tierschutzpreis der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG): Dr. Hamid Noori Leiter der unabhängigen Forschungsgruppe „Neuronal Convergence“, am Tübinger MPI für biologische Kybernetik.
(Bild: MPI für biologische Kybernetik)

LP: Es liegt wohl in der Natur des Menschen, unangenehme Themen gern „beiseite zu schieben“. Tierversuche sind so ein Thema: Doch will man ihre Anzahl verringern, muss man sich mit ihnen befassen. Das haben Sie getan Herr Dr. Noori und grundlegende neurochemische Schaltkreise im Rattenhirn mithilfe von Mathematik, Datamining und Maschinellem Lernen aufgeklärt. Wie sind Sie dabei vorgegangen?

PD Dr. Dr. Hamid Noori: Das Gehirn verarbeitet Informationen über neurochemische Schaltkreise, die unterschiedliche Regionen, die sich aus kleineren Netzwerken neuronaler Populationen zusammensetzen, verbinden. Diese Schaltkreise sind daher nicht ein- oder zwei-dimensionale Strukturen. Sie bestehen aus mehreren Raum-Zeit Ebenen, die identifiziert werden müssten. Die Neuroanatomie bereichert unser Wissen bezüglich solcher Schaltkreise seit Jahrzehnten mit Erkenntnissen über isolierte neuronale Verbindungen, aber eine gleichzeitige experimentelle Untersuchung aller Netzwerke wäre unrealistisch.

Eine mathematische Integration aller identifizierten Verbindungen könnte jedoch das Problem etwas umgehen. Meine MitarbeiterInnen und ich haben daher versucht, die Gesamtheit der existierenden Daten in konsistenter Art zu sammeln und in eine einzige, konvergente Struktur zusammenzufassen. Wir haben in zwei Großstudien insgesamt etwa 40.000 Publikationen Wort für Wort durchgelesen, die Daten extrahiert und dann durch geschickte mathematische Verfahren analysiert. Dabei sollte nicht außer Acht gelassen werden: Auch wenn wir selbst hierfür keine Experimente durchgeführt haben, basieren unsere Studien auf den Experimenten anderer Wissenschaftler. Ohne deren Arbeit wäre das Ganze nicht möglich gewesen.

LP: Sie stellen diese Daten auch anderen Forschern zur Verfügung...

PD Dr. Dr. Noori: Wissenschaftliche Resultate gehören der Menschheit. Erkenntnisse sind kein Eigentum. Das ist meine Philosophie. Unsere Studien sind für Neurowissenschaftler, Mediziner und Pharmakologen von Interesse. Das Verhalten ist eine direkte Konsequenz der Informationsverarbeitung über neuronale Schaltkreise. Aufgrund seiner Ähnlichkeit wird das Rattenhirn oft als ein geeignetes Modell für das Studium neuronaler Prozesse verwendet. Durch die Identifikation der Schaltkreise im Gehirn tragen wir dazu bei, einerseits grundlegende Prozesse im Gehirn besser zu verstehen und andererseits auch zu begreifen, wie neuropsychiatrische Erkrankungen entstehen, welche Veränderungen im Gehirn solchen Erkrankungen zugrunde liegen und wie man sie am besten behandeln kann.

LP: Herr Dr. Noori, Sie sind einer der Preisträger des diesjährigen Ursula M. Händel-Tierschutzpreises der DFG und werden für die Verbesserung des Tierschutzes in der Forschung im Sinne des 3R-Prinzips ausgezeichnet. Was versteht man darunter und welche Rolle spielen hierbei Big Data?

PD Dr. Dr. Noori: Heutzutage folgen Tierversuche strengen ethischen Kriterien. Dabei gilt das sogenannte 3R-Prinzip. Dieses geht zurück auf den britischen Zoologen William Russell und den Mikrobiologen Rex Burch. Ihre Grundsätze schrieben sie bereits 1959 nieder. Es geht dabei um drei Prinzipien, die alle mit „R“ beginnen. Erstens: Replace (Ersetzen). Hierbei geht es darum, soweit es möglich ist, Tierversuche durch andere Alternativverfahren z.B. Zellkulturen oder computergestützte Methoden zu ersetzen. Für bestimmte Fragestellungen, vor allem solche, die sich auf isolierte zelluläre Prozesse und nicht auf das gesamte Organ oder den Organismus beziehen, ist das Prinzip bereits Wirklichkeit. Wenn man sich für komplexere Fragestellungen wie Kognition, neuropsychiatrische Erkrankungen usw. interessiert, dann muss man gestehen, dass aktuell kein Verfahren existiert, das auf Tierversuche verzichten kann.

Das zweite Prinzip heißt Reduce (Reduktion). Wenn man also die Tierversuche nicht komplett ersetzen kann, dann soll man diese auf ein Mindestmaß reduzieren. Unsere Arbeit trägt in der Tat hierzu bei. Indem wir alle Daten in Open-Access-Format, also kostenlos, für alle verfügbar gemacht haben, können Wissenschaftler deut­lich einfacher Zugang zu relevanten Studien bekommen und möglicherweise darauf verzichten, redundante Studien durchzuführen.

Drittens: Re­fine (Verfeinern). Dazu sollen die Experimente in einer Art konzipiert werden, dass die Belastung für die Tiere minimiert wird. Vor allem hierzu tragen unsere Studien und Big-Data-Analysen im Allgemeinen bei. Diese datenbasierten Studien helfen, die experimentellen Parameter und Variablen optimal zu bestimmen und die Auswirkungen einzelner Faktoren quantitativ vorherzusagen. Damit können die Forscher die experimentellen Konditionen so anpassen, dass nicht nur die Belastung für die Tiere minimiert werden kann, sondern auch die Experimente robuster und somit reproduzierbar werden.

Vielen Dank für das Gespräch Herr Dr. Noori.

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