„BigBrain“ zoomt bis zur Nervenzelle ins Gehirn

„BigBrain“ zoomt bis zur Nervenzelle ins Gehirn
Virtuelles Hirnmodell „BigBrain“ bildet Hirnstruktur dreidimensional auf
mikroskopischer Ebene ab
Aachen, 26.06.2013 – Haarscharfe Aufnahmen der menschliche Schaltzentrale:
„BigBrain“ ermöglicht Bilder mit einer bisher unerreichten Auflösung von 20
Mikrometern. Das entspricht etwa der Größe einer Nervenzelle oder weniger als
der Hälfte eines Haardurchmessers. Fünf Jahre hat JARA Seniorprofessor
Univ.-Prof. Dr. med. Karl Zilles, der unter anderem an der Uniklinik RWTH
Aachen forscht, gemeinsam mit Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern
vom Forschungszentrum Jülich und aus Montreal (Kanada) an dem Modell
gearbeitet. Die Erkenntnisse wurden nun in der renommierten Fachzeitschrift
„Science“ vorgestellt.
„Das virtuelle dreidimensionale Gehirn basiert auf Informationen aus über 7400
Gewebeschnitten mit einer Dicke von nur 20 Mikrometern, die aus einem
menschlichen Gehirn gewonnen wurden“, berichtet Univ.-Prof. Dr. med. Karl Zilles,
heute Senior-Professor in JARA-BRAIN, dem Hirnforschungsverbund zwischen der
RWTH Aachen dem Forschungszentrum Jülich. Dazu wurde jeder einzelne
Gewebeschnitt eingescannt und anschließend dreidimensional an Großrechnern
rekonstruiert. Die Verarbeitung der hauchdünnen, fragilen Gewebeproben ist extrem
schwierig und aufwändig. „Beim Schneiden der hauchdünnen Schnitte können
Schäden entstehen, die in den digitalisierten Scanner-Aufnahmen mit Hilfe moderner
Bildverarbeitungstools repariert werden müssen“, erklärt der Neurowissenschaftler,
der nicht nur in Jülich, sondern auch an der Klinik für Psychiatrie, Psychotherapie
und Psychosomatik an der Uniklinik RWTH Aachen forscht. Um die riesigen
Datensätze zu verarbeiten, dreidimensional zu rekonstruieren und im Detail
auszuwerten, benötigten die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler
leistungsstarke Supercomputer in Kanada und Jülich.
Präzise Mess-Ergebnisse verbessern Diagnostik und Therapiechancen
„BigBrain“ hilft uns, neue Erkenntnisse über das gesunde, aber auch erkrankte
Gehirn zu gewinnen“, berichtet Prof. Dr. med. Katrin Amunts, Science-Erstautorin
und Direktorin des Instituts für Neurowissenschaften und Medizin (INM-1) am
Forschungszentrum Jülich. Ein Beispiel: „Die menschliche Hirnrinde ist aufgrund
ihrer Entwicklung sehr stark gefaltet“, so die Neurowissenschaftlerin. Daher lasse
sich die Dicke der Hirnrinde in einigen Arealen - durch bildgebende Verfahren wie
der Magnetresonanztomographie nur sehr ungenau bestimmen. Die Dicke der
Hirnrinde verändert sich jedoch im Laufe des Lebens und auch bei
neurodegenerativen Prozessen wie der Alzheimer’schen Erkrankung. „Mit Hilfe
unseres hochauflösenden Hirnmodells können wir nun in verschiedenen
funktionellen Hirnarealen wie etwa der motorischen Rinde oder einer Hirnregion, die
unter anderem für Lernen und Gedächtnis wichtig ist, neue Einsichten in deren
normalen Aufbau gewinnen und zahlreiche Strukturmerkmale messen“, erläutert
Katrin Amunts. Das wird dazu beitragen, Veränderungen in Patientengehirnen
genau bestimmen und bewerten zu können.
Hirnforschungsverbund JARA-BRAIN verknüpft Wissenschaft und Klinik
Diese enge Verknüpfung von Wissenschaft und Klinik ist zentrales Anliegen von
JARA-BRAIN. Der Hirnforschungsverbund zwischen der RWTH Aachen und dem
Forschungszentrum Jülich wurde 2007 gegründet. Neurowissenschaftler, Physiker,
Mathematiker, Informatiker und Experten anderer Disziplinen kooperieren in vielen
internationalen Forschungsvorhaben. So fließen die neuen „BigBrain“-Erkenntnisse
unter anderem in das europäische Großprojekt „Human Brain Project“ (HBP) ein, an
dem beide Einrichtungen beteiligt sind. Hierbei verfolgen Forscherinnen und
Forscher aus über 80 wissenschaftlichen Einrichtungen in 23 Ländern das
ambitionierte Ziel, das komplette menschliche Gehirn innerhalb von zehn Jahren von
der molekularen Ebene bis hin zur Interaktion ganzer Hirnregionen auf einem
Supercomputer der Zukunft zu simulieren.
Weitere Informationen bei: Univ.-Prof. Dr. med. Karl Zilles, Uniklinik RWTH Aachen,
Klinik für Psychiatrie, Psychotherapie und Psychosomatik, Pauwelsstraße 30, 52074
Aachen, Tel.: 0241 80-89 633, [email protected]
BU: Der Nutzer des BigBrain-Modells kann Schnittbilder selbst erzeugen und wegen
der extrem hohen Auflösung von 1/20 000 mm des zugrunde liegenden Datensatzes
detaillierte Untersuchungen zur Struktur des menschlichen Gehirns durchführen. Die
3D Darstellung von Zellen, Zellgruppen und Schichten der Hirnrinde eines realen und
vollständigen Gehirns ist im BigBrain erstmals realisiert. Das Fadenkreuz in den
Abbildung lokalisiert den sogenannten Hippocampus des Menschen, der für Lernen
und Gedächtnis eine entscheidende Rolle spielt und unter anderem bei der
Alzheimer'schen Erkrankung besonders betroffen ist.
(Fotoquelle: Institut für Neurowissenschaften und Medizin, Forschungszentrum
Jülich)
Weitere Informationen bei:
Universitätsklinikum Aachen (AöR)
Dr. Mathias Brandstädter
Leitung Unternehmenskommunikation
Pauwelsstraße 30
52074 Aachen
Tel.: 0241 80-89893
Fax: 0241 80-3389893
[email protected]
Die Uniklinik RWTH Aachen verbindet als Supramaximalversorger patientenorientierte
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nach anerkannten Qualitätsstandards. Die Uniklinik versorgt mit 1.240 Betten rund 47.000 stationäre
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