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3D-Elektronenmikroskopie

Landkarte des Lernens – Schaltplan vom Gedächtniszentrum eines Gehirns komplett abgebildet

| Autor/ Redakteur: Julia Wandt* und Sophie Ehrenberg** / Dr. Ilka Ottleben

Großer Sprung in der neurobiologischen Hirnforschung: Wissenschaftlern ist es erstmals gelungen, das Gedächtniszentrum einer Fliegenlarve komplett zu kartieren. Diese sogenannten Pilzkörper stellen einen Minimal-Schaltkreis für Lern- und Gedächtnisprozesse dar. Bei ihren bahnbrechenden Arbeiten half den Wissenschaftlern auch die hochauflösende 3D-Elektronenmikroskopie.

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Rekonstruktion des sogenannten Pilzkörper, des Gedächtniszentrums im Gehirn einer Fliegenlarve. (Ausschnitt)
Rekonstruktion des sogenannten Pilzkörper, des Gedächtniszentrums im Gehirn einer Fliegenlarve. (Ausschnitt)
(Bild: Dr. Katharina Eichler/Universität Konstanz)

Konstanz, Magdeburg – Ein großer Schritt auf dem Weg zur Entschlüsselung des Gehirns: Katharina Eichler, Doktorandin an der Universität Konstanz, hat im Rahmen ihrer Doktorarbeit bei dem Konstanzer Neurobiologen PD Dr. Andreas Thum erstmals das Konnektom der Pilzkörper im Gehirn einer Fliegenlarve (Drosophila melanogaster) beschrieben - den Schaltplan der Nervenzellen. In enger Kooperation mit dem Janelia Research Campus des Howard Hughes Medical Institute, Virginia, haben die Neurobiologen in den vergangenen Jahren anhand hochauflösender 3D-Elektronenmikroskopie Nervenzellen und deren synaptische Verbindungen vollständig rekonstruiert. An der Arbeit war zudem das Magdeburger Leibniz-Institut für Neurobiologie (LIN) beteiligt.

Durch die Untersuchung dieses Netzwerkes, kann langfristig verstanden werden, wie ein einfaches Gehirn neue Dinge erlernt und diese als Gedächtnis abspeichert.

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Etwa hunderttausend Synapsen im Larvengehirn manuell erfasst

Katharina Eichler hat in einem vollständig rekonstruierten Larvengehirn jede der insgesamt gut zweihundert Zellen markiert und jede einzelne der insgesamt circa hunderttausend Synapsen manuell erfasst. Die Forschung der Konstanzer Wissenschaftler ist entscheidender Bestandteil eines internationalen Kooperationsprojekts zur Rekonstruktion des gesamten Gehirns der Drosophila-Larve um Albert Cardona, PhD, vom Janelia Research Campus. Dazu arbeiten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus mehr als 20 weltweit verteilten Arbeitsgruppen zusammen, um alle der 10.000 Nervenzellen nachzubilden. Die Konstanzer Wissenschaftler haben mit dem Hauptintegrationszentrum, dem Pilzkörper des Gehirns, einen elementaren Teil geleistet, sodass inzwischen fast 8.000 Zellen rekonstruiert sind und in den nächsten zwei bis drei Jahren erstmals die Gesamtheit der neuronalen Verknüpfungen in einem Insektengehirn erfasst sein wird.

Elementar für das Verständnis des Gehirns

„Der Pilzkörper des Gehirns ist das Gedächtniszentrum, in dem die sensorischen Informationen zusammenkommen und das Gedächtnis gebildet wird, und damit elementar für das Verständnis des Gehirns. Es ist uns nicht nur gelungen, eine gesamte Rekonstruktion zu erstellen, sondern wir konnten auch neue Verschaltungsmuster zwischen einzelnen Zellen nachweisen", erläutert Andreas Thum den Forschungserfolg. Die neuen Verschaltungsmuster, die von den Wissenschaftlern erkannt wurden, sind bereits Grundlage für weiterführende Forschungsprojekte.

Originalpublikation: Eichler, K., et al.: The Complete Connectome Of A Learning And Memory Center In An Insect Brain. Nature, Ausgabe vom 10. August 2017, DOI: 10.1038/nature23455

* J. Wandt: Universität Konstanz, 78464 Konstanz

* * S. Ehrenberg: Leibniz-Institut für Neurobiologie, 39118 Magdeburg

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