Im Prinzip kann die elektrische Aktivität einzelner Nervenzellen mit feinsten Elektroden gemessen werden. Für diese Methode sind jedoch fast alle zu untersuchenden Nervenzellen im Gehirn der Fliege viel zu klein. Doch gerade dem Fliegenhirn wollten die Forscher seine Geheimnisse entlocken. Zum einen ist hier das Modell des Bewegungssehens am besten erforscht. Zum anderen sind die vergleichsweise wenigen Nervenzellen der Fliege hochspezialisiert und verarbeiten die Bilderflut während des rasanten Fluges mit unglaublicher Präzision. So können Fliegen eine Vielzahl von Informationen über Eigen- und Umweltbewegung in Echtzeit verarbeiten – etwas, dass so kein heute existierender Computer leisten könnte, erst recht nicht, wenn er so winzig wie im Fliegenhirn wäre. Ein klarer Anreiz also, das System zu entschlüsseln.
“Wir mussten einen Weg finden, die Aktivität dieser Nervenzellwinzlinge ohne die Hilfe von Elektroden zu beobachten”, beschreibt Dierk Reiff eine der Herausforderungen. Diese Hürde nahmen die Forscher nun durch den Einsatz modernster genetischer Methoden bei der Fruchtfliege Drosophila melanogaster. Es gelang, einzelne Nervenzellen der Fruchtfliege mit einem Indikator-Molekül auszustatten. TN-XXL macht durch Änderung seiner Fluoreszenzeigenschaften die Aktivität von Nervenzellen sichtbar.
Um zu untersuchen, wie Fruchtfliegenhirne Bewegungen verarbeiten, zeigten die Neurobiologen den Fliegen sich bewegende Streifenmuster auf einem Leuchtdioden-Bildschirm. Die Nervenzellen im Gehirn der Fliegen reagierten auf diese LED-Lichtreize mit Aktivität, was wiederum zu Änderungen im Leuchtverhalten des Indikator Moleküls führte. Obwohl TN-XXL deutlich heller ist als bisherige Indikator-Moleküle, war es lange Zeit unmöglich, die immer noch sehr geringe Lichtmenge einzufangen und vom LED-Lichtreiz zu trennen. Nach einigem Tüfteln fand Dierk Reiff jedoch die Lösung, indem er das Zwei-Photonen-Laser-Mikroskop mit dem LED-Bildschirm im Genauigkeitsbereich von Mikrosekunden synchronisierte. So konnte das TN-XXL Signal vom LED-Licht getrennt und vom Zwei-Photonen-Mikroskop selektiv gemessen werden.
“Nach über 50 Jahren haben wir nun endlich die technischen Möglichkeiten geschaffen, um den zellulären Aufbau des Bewegungsdetektors im Fliegenhirn zu untersuchen”, schwärmt Alexander Borst, der mit seiner Abteilung am Max-Planck-Institut für Neurobiologie dieses Ziel schon seit Jahren verfolgt. Wie viel noch zu entdecken ist, zeigte gleich der erste Einsatz der neuen Methoden. Die Wissenschaftler beobachteten die Aktivität von L2-Zellen, die Informationen von den Fotorezeptoren des Auges erhalten. Die Fotorezeptoren reagieren, wenn die Lichtintensität zu- oder abnimmt. Ganz ähnlich sieht die Reaktion der L2-Zelle in dem Zellteil aus, der diese Informationen vom Fotorezeptor aufgreift. Die Neurobiologen fanden heraus, dass die L2-Zelle diese Information umwandelt und vor allem Information über Helligkeitsabnahmen an nachfolgende Nervenzellen weitergibt. Diese wiederum errechnen daraus die Bewegungsinformation. “Das 2 bedeutet, dass die Information “Licht-an” von den L2-Zellen herausgefiltert wird”, fasst Dierk Reiff die Entdeckung zusammen. “Es bedeutet aber auch, dass ein anderer Zelltyp “Licht-an” weitergeben muss – die Fliege reagiert ja auf beides.”
