Bildgebung: Gehirn einer Maus, so scharf wie nie zuvor
Hirnanatomie einer Maus
Diese MRT-Aufnahme eines Mäusegehirns hat eine Auflösung von nur fünf Mikrometern – also fünf millionstel Metern. Das Bild sei damit mehr als 60 Millionen Mal schärfer als praxisübliche MRT-Hirnscans und 1000-fach detaillierter als die besten wissenschaftlichen MRT-Bilder, berichtet ein US-Forschungsteam in »PNAS«.
Die Magnetresonanztomografie (MRT) misst das unterschiedliche Verhalten von Wasserstoffatomen im Magnetfeld, abhängig vom Gewebetyp. Die Gruppe um G. Allan Johnson von der Duke University verwendete einen Tomografen, dessen Magnet mit 9,4 Tesla mehr als dreimal so stark war wie der von klinischen Geräten. Weitere technische Highlights: ein spezieller Satz von Gradientenspulen, die 100-mal stärker sind als bei üblichen MRTs, sowie ein Hochleistungscomputer, um die enorme Datenmenge zu verarbeiten. Mittels Diffusionstensor-Imaging (DTI), einer Methode der Magnetresonanztomografie, verfolgte sie außerdem die Bewegung von Wassermolekülen im Gewebe und konnte so die Verläufe der Nervenfasern abbilden.
Die resultierenden MRT-Bilder hatten aber noch immer nicht die Auflösung, die Mikroskope erreichen können. Deshalb untersuchten die Forschenden das Hirngewebe zusätzlich mit der Lichtscheiben-Mikroskopie (LSM), einer hochauflösenden und noch vergleichsweise jungen Methode der Mikroskopie. So konnten sie auch verschiedene Arten von Zellen unterscheiden – mit einer Auflösung von bis zu 1,8 Mikrometern. Diese Bilder verknüpften sie dann mit den MRT-Bildern. Das Ergebnis ist ein dreidimensionales Abbild der Nervenverbindungen einer Maus, hier im Video: »die detailliertesten MRT-Karten des Konnektoms, die je erstellt wurden«, wie Johnson und sein Team schreiben.
Insgesamt stecken in diesem Ergebnis 40 Jahre Forschungsarbeit, wie die Gruppe schreibt. Auch erste Antworten hat es bereits geliefert. Etwa zu der Frage, was im Gehirn passiert, wenn die Maus altert: Der Verfall betrifft offenbar vor allem das Subiculum, einen Teil des Hippocampus, der am Langzeitgedächtnis beteiligt ist. Außerdem erlaube es Rückschlüsse auf Veränderungen im menschlichen Gehirn, die bei Krankheiten wie Alzheimer auftreten. »Wir können damit neurodegenerative Erkrankungen auf ganz andere Weise untersuchen«, sagt der Radiologe G. Allan Johnson.
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