Die Aufzeichnung der Aktivität von einzelnen Nervenzellen in der Hirnrinde bietet neue Möglichkeiten zur Erforschung des Gedächtnis. Amerikanische Forscher um den Neurophysiologen Winfried Denk haben im Bell-Labor in New Jersey ein Miniatur-Mikroskop entwickelt. Es wird auf dem Kopf der Versuchstiere befestigt und liefert Informationen über die Freisetzung und den Abbau von Botenstoffen im Gehirn. Diese biochemischen Veränderungen sind die Grundlage für das Erinnerungsvermögen des Menschen. Die Wissenschaftler erprobten das Mikroskop zunächst an betäubten Ratten.
Das 7,5 Zentimeter lange und 25 Gramm schwere Gerät liefert über einen Lichtleiter Aufzeichnungen von einzelnen Zellen. Da die Auflösung dieser Bilder im Mikrometer-Bereich liegt, konzentriert sich die Untersuchung auf die Ereignisse in einem kleinen Bereich des Gehirns.
Nervenzellen geben Informationen weiter, indem sie elektrische Impulse versenden. Diese Signale führen zu einer Ausschüttung von Botenstoffen, die als Neurotransmitter bezeichnet werden. Sie überqueren den Spalt zwischen zwei Zellen und bewirken in der Nachbarzelle ein weiteres elektrisches Signal. Dieses Aktionspotenzial ändert die Konzentration der Calciumionen in der empfangenden Zelle.
Diese Calciumionen hat das Forscherteam mit einem Leuchtfarbstoff markiert. Damit lassen sich die Konzentrationsschwankungen in den Bildern des Mini-Mikroskops sichtbar machen. Diese Informationen geben Einblicke in die biochemischen Veränderungen in der Zelle, die schließlich zu einem elektrischen Signal führen.
Das Miniatur-Mikroskop wird durch ein kleines Loch im Schädel direkt auf den Kortex gesetzt. Obwohl seine Reichweite auf 200 Mikrometer unter die Oberfläche des Kortex beschränkt ist, bietet diese Methode nach Meinung von Experten unglaubliche Informationen im Detail.
Die einzige Alternative zu dieser neuen Methode ist die Aufzeichnung von Aktionspotentialen durch so genannte Ableitungen. Der Prozess, der zu einem elektrischen Signal führt, kann auf diese Weise jedoch nicht untersucht werden.
Das Miniatur-Mikroskop könnte in naher Zukunft aufdecken, wo und wie Erinnerungen gespeichert werden. Der nächste Schritt in diese Richtung wird die Aufzeichnung der Gehirnaktivität frei beweglicher Ratten sein.
Heike Heinrichs
