Neue Methode zur detaillierten Kartierung von Gehirnnetzwerken

MÜNCHEN (IT BOLTWISE) – Eine neue Methode zur Kartierung von Gehirnnetzwerken verspricht, die Art und Weise, wie wir neuronale Verbindungen verstehen, grundlegend zu verändern. Diese innovative Technik, bekannt als LICONN, ermöglicht es Wissenschaftlern, Gehirngewebe mit einer bisher unerreichten Detailgenauigkeit zu rekonstruieren und synaptische Verbindungen zu kartieren.

Die Komplexität des menschlichen Gehirns stellt Wissenschaftler seit jeher vor große Herausforderungen. Milliarden von Nervenzellen sind in einem dichten Netzwerk miteinander verbunden, das ständig Signale verarbeitet und es uns ermöglicht, Erinnerungen abzurufen oder unseren Körper zu bewegen. Um dieses komplizierte Netzwerk zu verstehen, ist ein präziser Einblick in die Anordnung und Verbindung dieser Nervenzellen erforderlich. Eine neue Methode namens LICONN, entwickelt von Wissenschaftlern am Institute of Science and Technology Austria (ISTA) in Zusammenarbeit mit Google Research, bietet nun eine bahnbrechende Lösung.

LICONN, eine Abkürzung für Light-Microscopy-Based Connectomics, nutzt die Eigenschaften von Hydrogel, um Gehirngewebe zu erweitern und so eine nanoskalige Bildgebung zu ermöglichen. Diese Technik erlaubt es, die neuronale Architektur mit einer Detailgenauigkeit zu betrachten, die bisher nur mit Elektronenmikroskopen möglich war. Durch die Einbettung des Gehirngewebes in Hydrogel und dessen kontrollierte Expansion können Forscher die feinen Strukturen der Zellen auflösen und so ein detailliertes Bild der synaptischen Verbindungen erstellen.

Ein wesentlicher Bestandteil dieser Methode ist die Integration von Künstlicher Intelligenz. Durch den Einsatz von Deep-Learning-Techniken, die von Google Research entwickelt wurden, können neuronale Strukturen und synaptische Verbindungen automatisch kartiert werden. Dies ermöglicht eine großflächige Kartierung neuronaler Verbindungen, die weltweit zugänglich ist, ohne dass teure Spezialausrüstung erforderlich ist.

Die Entwicklung von LICONN wurde von Mojtaba R. Tavakoli, Julia Lyudchik und Johann Danzl vom High-Resolution Optical Imaging for Biology Forschungsteam am ISTA geleitet. Sie arbeiteten eng mit der Novarino-Gruppe am ISTA und Michal Januszewski sowie Viren Jain von Google Research zusammen. Die Methode wurde kürzlich in der renommierten Fachzeitschrift Nature veröffentlicht.

Ein bemerkenswerter Aspekt von LICONN ist die Fähigkeit, nicht nur die Struktur, sondern auch die Funktion innerhalb neuronaler Schaltkreise zu kartieren. Durch die Visualisierung komplexer molekularer Maschinen neben der Struktur der Neuronen eröffnet sich die Möglichkeit, spezifische Moleküle in den Kontext der strukturellen Rekonstruktion zu setzen. Dies bietet eine neue Qualität der Information, die für das Verständnis der Funktionsweise des Gehirns von entscheidender Bedeutung ist.

Die Kombination aus Chemie, Neurowissenschaften und KI-gestütztem Deep Learning macht LICONN zu einer wegweisenden Methode, die das Potenzial hat, die Forschung an neuronalen Netzwerken maßgeblich voranzutreiben. Die Fähigkeit, synaptische Verbindungen auf molekularer Ebene zu kartieren, könnte neue Einblicke in die Funktionsweise des Gehirns sowohl in gesundem als auch in krankem Zustand bieten.

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