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Schon bei der Gründung des Instituts für Hirnforschung (HiFo) vor 60 Jahren wies Professor Konrad Akert (1919 – 2015) auf die Kompliziertheit des Gehirns hin und machte darauf aufmerksam, dass es zum Verständnis neue Theorien und Modelle brauche. Sechs Jahrzehnte später können die Forscherinnen und Forscher des Instituts auf beeindruckende Erkenntnisse zur Funktionsweise von Hirnzellen und neuronalen Netzwerken verweisen.
«Seit seiner Gründung ist das Institut eines der führenden neurowissenschaftlichen Institute in der Schweiz mit weltweiter Sichbarkeit», sagt Direktor Sebastian Jessberger. Doch trotz aller Einsichten hat sich das Rätsel höherer Hirnleistungen wie etwa dem Gedächtnis nur bedingt gelöst: «Wir kommen dem Ziel langsam, Schritt für Schritt näher», sagt der Experte für Neurale Plastizität.
Der Neurowissenschaftler verweist wie der Institutsgründer auf die «unglaubliche Komplexität» des Gehirns mit seinen rund 100 Milliarden Neuronen, von denen jede einzelne Nervenzelle wiederum einige tausend Verbindungen eingehen kann. «Unsere Gehirnfunktionen sind das Resultat mehrerer Millionen Jahre Evolution und einfach unglaublich kompliziert.»
Für den Wissenschaftler ist die riesige Komplexität ein Grund mehr, die experimentelle Hirnforschung, der sich das Institut seit seiner Gründung verschrieben hat, mit aller Kraft voranzutreiben. «Wir müssen die molekularen Grundlagen in den Neuronen analysieren und verstehen, wie Nervenzellen im Netzwerkverbund kommunizieren.» Nur so werde es letztlich gelingen, ein umfassendes Hirnmodell zu entwickeln und neurologische Krankheiten ursächlich zu behandeln, sagt Jessberger.
Am Institut arbeiten fünf experimentelle Forschungsgruppen, die verschiedene Aspekte des Gehirns erforschen und zu einer Gesamtsicht des Organs beitragen: Isabelle Mansuy analysiert die epigenetische Vererbung traumatischer Erfahrungen wie Stress an nachfolgende Generationen. Csaba Földy untersucht die Bildung von Synapsen, mit denen sich Nervenzellen untereinander verbinden und Signale austauschen.
Fritjof Helmchen hat die dynamische Funktionsweise von Nervenzellen und neuronalen Netzwerken im Visier und studiert deren Veränderungen bei Sinnesverarbeitung und Lernvorgängen. Sebastian Jessberger untersucht die Neubildung von Nervenzellen ausgehend von den Stammzellen im Gehirn, Stichwort Plastizität. Theofanis Karayannis erforscht die frühe Entwicklung des Gehirns und seines Bauplans während der Embryogenese.
Als Mitglied des Zentrums für Neurowissenschaften Zürich (ZNZ), dem die ETH Zürich und mehrere Kliniken angeschlossen sind, trägt das HiFo im Verbund zum Erkenntnisgewinn bei und hilft bei der Translation dieser Ergebnisse in die Klinik. Dank seiner Expertise ist das Hirnforschungsinstitut am Universitären Forschungsschwerpunkt «Plastische Hirnnetzwerke für Entwicklung und Lernen» (UFSP AdaBD) und dem Flagship-Projekt «Stress» der Hochschulmedizin Zürich (HMZ) beteiligt. Mit Stolz verweist Sebastian Jessberger im Weiteren darauf, dass das Institut in den letzten zehn Jahren sieben ERC bzw. SNSF Replacement Grants eingeworben hat.
Ein Kennzeichen des Instituts sind die technisch elaborierten Untersuchungs-methoden, die von den Forschenden teils selbst mitentwickelt werden. So zum Beispiel bildgebende Verfahren wie die 2-Photonen-Mikroskopie, mit der einzelne Hirnzellen in tieferen Schichten des Gehirns «bei der Arbeit» beobachtet werden können.
Oder das Lichtscheibenmikroskop, durch das die räumliche Struktur von Gehirngewebe dreidimensional abgebildet werden kann (siehe Bild oben). Gearbeitet wird auch mit experimentellen Organoiden aus menschlichen embryonalen Stammzellen, das heisst kleinen Nervenzell-Organen in der Petrischale, in denen sich die Neuronen zu hirnähnlichen Strukturen organisieren. Das breite Repertoire der High-Tech-Methoden dient dem Ziel, den Hirnvorgängen experimentell auf die Schliche zu kommen.
