Ein internationales Team hat mit bisher unerreichter Präzision die Architektur und Funktionsweise zehntausender Neuronen aus einer Mausgehirnprobe und deren 500 Millionen Verbindungen rekonstruiert.
Diese titanische Arbeit, veröffentlicht in
Nature, markiert einen Wendepunkt in den Neurowissenschaften. Sie bietet einen einzigartigen Einblick in die Mechanismen, die dem Sehvermögen bei Mäusen zugrunde liegen, und eröffnet gleichzeitig Perspektiven für das Verständnis bestimmter menschlicher neurologischer Erkrankungen.
Eine beispiellose technologische Meisterleistung
Neun Jahre lang kombinierten die Forscher Elektronenmikroskopie und künstliche Intelligenz, um dieses neuronale Netzwerk in 3D zu rekonstruieren. Das analysierte Fragment aus dem visuellen Kortex wurde in 28.000 ultradünne Scheiben geschnitten, bevor es digitalisiert wurde.
Bevor das Team dieses neuronale Netzwerk analysierte, hatte es die Aktivität der Neuronen aufgezeichnet, während die Maus Filmausschnitte betrachtete. Dieser doppelte Ansatz, strukturell und funktionell, ermöglicht es, die Anatomie des Gehirns direkt mit seiner Funktionsweise zu verknüpfen.
Die erzeugten Daten, die 22 Jahren HD-Video entsprechen, sind nun frei zugänglich. Diese Referenzdatenbank wird als Grundlage für zukünftige Forschungen zu neurologischen Störungen im Zusammenhang mit abnormaler Konnektivität dienen.
Entdeckungen, die bestehende Modelle infrage stellen
Entgegen den Erwartungen beschränken sich hemmende Neuronen nicht darauf, die Gehirnaktivität zufällig zu dämpfen. Ihre Wirkung ist hochselektiv und zielt auf spezifische Schaltkreise ab, um die Gesamtaktivität zu koordinieren.
Die Forscher identifizierten auch neue Zelltypen und bisher unbekannte Verbindungsmuster. Diese Beobachtungen legen nahe, dass das Gehirn weit weniger ungeordnet ist als gedacht und Organisationsregeln folgt, die noch aufgeklärt werden müssen.
Diese Ergebnisse könnten neue therapeutische Ansätze inspirieren, insbesondere für Pathologien wie Autismus und Schizophrenie, bei denen die neuronale Kommunikation gestört ist.
Autor des Artikels: Cédric DEPOND
Quelle: Nature