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Sinnesreize aus unserer Umwelt werden im Gehirn in Form von elektrischen Erregungsmustern in dichten Netzwerken von Nervenzellen abgebildet. Die Informationsverarbeitung geschieht dabei innerhalb einiger Hundertstelsekunden über die Weiterleitung von Nervenzellimpulsen.
Die Darstellung und Untersuchung dieser rasant schnellen Informationsverarbeitung im Gehirn bedarf Messmethoden mit hinreichend hoher zeitlicher Auflösung. Im Gegensatz zu elektrophysiologischen Methoden, die schnelle Messungen an wenigen Zellen ermöglichen, erlauben optische Verfahren – insbesondere die 2-Photonen-Mikroskopie – die Aufnahme von Aktivitätsmustern grösserer Zellpopulationen. Die Aufnahmerate war jedoch bisher auf wenige Male pro Sekunde beschränkt.
Räumliche Aktivität der Nervenzellen erfassen
Im Rahmen ihrer Arbeit ist es Fritjof Helmchen und Benjamin Grewe gelungen, ein neuartiges 2-Photonen-Mikroskop mit speziellen Laser-Scannern zu entwickeln, das schnelle Messungen neuronaler Netzwerkaktivität im intakten Gehirn ermöglicht – mit einer zeitlichen Auflösung von einigen hundert Hertz Aufnahmerate.
Gleichzeitig kann dabei die räumliche Organisation des Netzwerks aus verschiedenen Zelltypen erfasst werden. Die Bedeutung der neuen Methode liegt darin, dass Aktivitätsmuster im normalen Gehirn sowie gestörte Informationsverarbeitung bei Hirnkrankheiten jetzt sehr viel detaillierter und umfassender auf der relevanten Zeitskala untersucht werden können.
