Mit bestimmten optischen Werkzeugen lassen sich die Aktivitäten von Nervenzellen aufzeichnen. Forscher der Universität Freiburg entwickelten dafür nun ein neues System.
Im Bereich der Optogenetik werden Neuronen so manipuliert, dass sie auf Licht reagieren. Das ermöglicht es Wissenschaftlern, die Aktivität der Zellen im Gehirn näher zu untersuchen und mithilfe von optischen Werkzeugen, die Funktionsweise neuronaler Verschaltungen zu verstehen. Ein Team um Prof. Ilka Diester und Dr. David Eriksson vom Optophysiologie Labor der Universität Freiburg hat nun ein neues Verfahren entwickelt, um gleichzeitig laminare Aufzeichnungen, Multifaser-Stimulationen und optogenetische 3D-Stimulationen durchzuführen. So ist es möglich Rückschlüsse auf die Konnektivität im Gehirn zu ziehen und auch Verhaltensweisen zu quantifizieren.
Ihre Ergebnisse stellen die Forscher in Nature Communications vor. „Unsere Arbeit ebnet den Weg für eine groß angelegte Fotoerfassung und kontrollierte Abfrage der schnellen neuronalen Kommunikation in einer beliebigen Kombination von Hirnarealen“, erklärt Diester. „Das kann uns dabei helfen, die rasanten und vielschichtigen Dialoge zwischen den Neuronen, die die Gehirnfunktion aufrechterhalten, zu entschlüsseln.“
Die Forschungsgruppe entwickelt ein neues Verfahren für die kontrollierte Abfrage und Aufzeichnung der Neuronen-Aktivität im Gehirn. Dazu nutzt das Team die Vorteile dünner, zellgroßer optischer Fasern für minimalinvasive optogenetische Implantationen. „Wir kombinieren seitlich emittierende Fasern mit Silizium-Sonden, um qualitativ hochwertige Aufzeichnungen und eine ultraschnelle, mehrkanalige optogenetische Steuerung zu erreichen.“
Das System nennen sie Fused Fiber Light Emission and eXtracellular Recording – kurz FFLEXR. „Bei unserem alternativen Ansatz bleibt die Flexibilität erhalten, jede gewünschte Wellenlänge über eine externe austauschbare Lichtquelle anzuwenden und optogenetische Stimulation in verschiedenen Tiefen des Hirngewebes zu ermöglichen“, sagt Diester.
Die Wissenschaftler erforschen so die neuronalen Grundlagen der motorischen und kognitiven Kontrolle im Gehirn. Auch Interaktionen zwischen präfrontalem und motorischem Kortex werden untersucht. Interessant werden könnte die Forschung in der Zukunft für die Entwicklung von Prothesen, die durch das Gehirn selbst gesteuert werden. Hier erfahrt ihr mehr über den Forschungsansatz.
Dieser Artikel beruht auf einer Pressemitteilung der Albert-Ludwigs-Universität Freiburg im Breisgau. Die Originalpublikation haben wir euch hier und im Text verlinkt.
Bildquelle: JJ Ying, unsplash.