Revolutionäre Bildgebung des Gehirns enthüllt die Komplexität der Gedächtnisbildung

Zusammenfassung: In der Bildgebungstechnologie des Gehirns wurde ein Durchbruch erzielt, der beispiellose Einblicke in die Entstehung und den Verlust von Erinnerungen verspricht.

Ein neues Bildgebungssystem kann die Aktivität von 10.000 bis 20.000 Neuronen gleichzeitig erfassen – eine bemerkenswerte Leistung im Vergleich zu den wenigen Hundert, die die aktuelle Technologie ermöglicht. Dies wird es Forschern ermöglichen, die Entwicklung der Gedächtnisbildung zu verfolgen und Aufschluss über Gedächtnisstörungen wie die Alzheimer-Krankheit zu geben.

Das Team hofft, dass ihre erschwingliche Technologie weltweit mehr Forschung in den Neurowissenschaften anregen wird.

Wichtige Fakten:

1. Das Bildgebungssystem arbeitet mit einer speziell entwickelten Linse, die an einem sich schnell vertikal bewegenden Mikroskop befestigt ist und Dutzende Bilder pro Sekunde von der Großhirnrinde aufnimmt.
2. Die Forschung, die ursprünglich vom Neurosciences Program der MSU finanziert wurde, wurde nun vom Air Force Office of Scientific Research mit einem dreijährigen Zuschuss in Höhe von 750.000 US-Dollar ausgezeichnet.
3. Im Rahmen des Forschungsprozesses werden Mäuse einer bestimmten Reihe sensorischer Reize ausgesetzt, um ein Gedächtnis zu bilden. Dadurch kann das System die neuronale Aktivität während des Prozesses der Gedächtnisbildung und des Gedächtnisabrufs verfolgen.

Quelle: Michigan State University

Das Gehirn erzeugt und erinnert sich jeden Tag an neue Erinnerungen, aber die aktuelle Bildgebungstechnologie des Gehirns begrenzt die Menge an Informationen, die über diese Aktivität gesammelt werden kann.

Um mehr hochauflösende Bilder im gesamten Gehirn zu sammeln, haben Forscher der Michigan State University ein hochmodernes Bildgebungssystem entwickelt, das die Gehirnaktivität in einem bisher nicht möglichen Detaillierungsgrad erfasst.

„Wir wollen wissen, wie Erinnerungen bei Menschen mit Gedächtnisstörungen wie der Alzheimer-Krankheit entstehen und wie sie nicht entstehen“, sagte Marc Rimmers, außerordentlicher Professor am College of Natural Sciences und am Institute of Quantitative Health Sciences and Engineering.

„Wir möchten die Entwicklung des Gedächtnisses im Laufe der Zeit untersuchen und verfolgen und sogar beobachten, wie Dinge im Alltagsgedächtnis durcheinander geraten.“

Derzeit können hochauflösende Bildgebungstechnologien für das Gehirn nur einige hundert einzelne Neuronen – die Nervenzellen, die elektrische Signale durch den Körper übertragen – gleichzeitig erfassen. Beginnend mit etwas Startkapital von IQHSE-Direktor Christopher Contag und dem Neuroscience-Programm der MSU,

Reimers und Forschungsassistent Christian Burgess von der University of Michigan konnten einen Prototyp eines Bildgebungssystems entwickeln, das in der Lage ist, 10.000 bis 20.000 Neuronen abzubilden und Forschern beispiellose Einblicke in die Gehirnaktivität in Echtzeit zu geben, während Erinnerungen erzeugt und gespeichert werden.

Diese Forschung führte zu einem dreijährigen Zuschuss in Höhe von 750.000 US-Dollar vom Air Force Office of Scientific Research.

Das innovative Bildgebungssystem verwendet eine speziell entwickelte Linse, die an einem Mikroskop befestigt ist, das sich schnell vertikal zwischen verschiedenen Ebenen auf und ab bewegt und dabei jede Sekunde Dutzende Bilder von Neuronen aufnimmt, die in den äußeren Schichten der Großhirnrinde feuern. Während der Studie werden Mäuse einer bestimmten Reihe von Anblicken, Gerüchen und Geräuschen ausgesetzt, um eine Erinnerung zu bilden.

„Das langfristige Ziel der Neurowissenschaften bestand darin, aus einer großen Anzahl von Neuronen aufzuzeichnen, wie ein Tier eine Aktivität ausführt, und zu versuchen, die Beziehung zwischen bestimmten Neuronen, die zu einem bestimmten Zeitpunkt aktiviert werden, und dem, was die Tiere tun, zu verstehen.“ sagte Reimers.

„Wir wissen, dass bestimmte Neuronen zu bestimmten Zeiten feuern und dass sie damit in Zusammenhang stehen, was Tiere tun oder was sie erleben.“

Durch die Kombination des Bildgebungssystems mit neu entwickelter fortschrittlicher Bildverarbeitungssoftware möchte das Forschungsteam schließlich in der Lage sein, die spezifischen Neuronen zu identifizieren, die Tiere zum Aufzeichnen und Abrufen von Erinnerungen verwenden.

„Wir hoffen, die Ersten zu sein, die die Gedächtnisbildung in mehreren Regionen der Großhirnrinde überwachen und dokumentieren können“, sagte Reimers.

Reimers und Burgess hoffen auch, dass andere Forscher ihre eigene Version dieses Systems erstellen können, um die Bildqualität ihrer Projekte zu verbessern.

„Der Bau hat uns etwa 50.000 US-Dollar gekostet, und wir hoffen, dass Hunderte verschiedener Labore, die nicht besonders gut finanziert sind, dieses System nutzen können, um wirklich innovative neurowissenschaftliche Forschung zu betreiben“, sagte Reimers. „Außerdem würde ich gerne mit anderen MSU-Laboren sprechen, die möglicherweise daran interessiert sind, unsere neue Technologie für ihre eigene Forschung zu nutzen.“

Über diese Neuigkeiten aus der Gedächtnis- und Neuroimaging-Forschung

Autor: Emily Lorditch
Quelle: Michigan State University
Kommunikation: Emily Lorditch – Michigan State University
Bild: Bildquelle: Neuroscience News