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Von Mäuse- und Menschenhirnen

Moderne Lasertechnik und Elektronik der TU Wien ermöglichen immer bessere Einblicke in das Gehirn. Die hier entwickelten Methoden dienen auch dem „Human Brain Project“, das nun von der EU-Flagship Initiative gefördert wird.

Gewebe aus dem Hippocampus einer Maus - aufgenommen mit dem Ultramikroskop der TU Wien

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Gewebe aus dem Hippocampus einer Maus - aufgenommen mit dem Ultramikroskop der TU Wien

Gewebe aus dem Hippocampus einer Maus - aufgenommen mit dem Ultramikroskop der TU Wien

Gewebe aus dem Hippocampus einer Maus - aufgenommen mit dem Ultramikroskop der TU Wien

Prof. Hans-Ulrich Dodt

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Prof. Hans-Ulrich Dodt

Prof. Hans-Ulrich Dodt

Prof. Hans-Ulrich Dodt

Es ist das wohl komplexeste Objekt im bekannten Universum, und wir alle haben eins davon gratis bekommen: Das menschliche Gehirn ist das Forschungsobjekt des neuen EU-Flagship-Projekts „Human Brain Project“, das nun mit insgesamt einer Milliarde Euro gefördert werden soll. All unser Wissen über das menschliche Gehirn soll in großen Computersimulationen kombiniert werden.

Die zweite milliardenschwere Förderung der EU-Flagship-Initiative ging, wie bereits berichtet, an die Graphen-Forschung, zu der gleich mehrere Forschungsgruppen der TU Wien wichtige Beiträge liefern werden. Doch auch beim Hirnforschungs-Projekt wird Expertise der TU Wien eine Rolle spielen: Das Team um Prof. Hans-Ulrich Dodt in der Abteilung für Bioelektronik des  Instituts für Festkörperelektronik arbeitet seit Jahren an neuen Methoden, ins Innere von Hirngewebe hineinzublicken.

Das gläserne Gehirn
Weltweit führend ist die Forschungsgruppe im Klären von Gewebe: „Dabei wird das Wasser im Gewebe durch eine Flüssigkeit mit anderen optischen Eigenschaften ersetzt, sodass Lichtstrahlen geradlinig in das Gewebe eindringen können“, erklärt Hans-Ulrich Dodt. Mit Lasertechnik lässt sich das Gewebe durchleuchten, mit Hilfe der in der Abteilung für Bioelektronik entwickelten 3D-Ultramikroskopie kann man das Gewebe dann dreidimensional am Computer darstellen. Spektakuläre Erfolge konnten am Institut für Festkörperelektronik bereits in der Forschung an Fruchtfliegen und Mäusehirnen erzielt werden.

Wer bin ich? Ich bin mein Konnektom!
Das, was unser Hirn und unser Denken eigentlich ausmacht, ist das sogenannte Konnektom – die Gesamtheit aller Verbindungen in unserem Nervensystem. Diese Verbindungen muss man auf unterschiedlichen Ebenen verstehen: Auf dem Niveau der einzelnen Nervenzellen, die über Synapsen miteinander verknüpft sind, aber auch auf dem Niveau von Hirngewebe und Nervenbahnen und schließlich auf dem Niveau der großen Hirnareale, die für bestimmte Aufgaben zuständig sind – etwa für Bewegung, für das Hören oder Fühlen.

Auch ein künstlich am Computer simuliertes Gehirn braucht ein ausgeklügeltes Konnektom – und dafür muss man erst mal die Struktur natürlicher Gehirne gut verstehen. „Herauszufinden, welche Projektionen es im Gehirn gibt, welche Nervenbahnen Impulse wohin weiterleiten, ist für die Forschung heute sehr wichtig“, meint Hans-Ulrich Dodt. Und genau hier kann sein Forschungsteam wertvolle neue Erkenntnisse beisteuern, indem es die feine Struktur des Hirngewebes analysiert. Sehr hilfreich ist dabei auch, dass seine Abteilung seit Jahren eine sehr erfolgreiche und enge Zusammenarbeit mit dem Zentrum für Hirnforschung der MedUni Wien hat.

Von Mäusen zu Menschen
Um das zu erreichen, möchte Hans-Ulrich Dodt seine Forschung nicht bloß auf kleine Tiere wie Mäuse beschränken, sondern auch Proben von größeren Lebewesen untersuchen – bis hin zu menschlichem Hirngewebe. Die Erkenntnisse daraus sollen in Lausanne in Computermodelle einfließen. Von Medizin über Elektrotechnik bis Informatik – das Spektrum der Forschungsrichtungen, die in dem TU-Projekt zusammengeführt werden sollen, ist breit. Doch gelänge es, dadurch die Funktionsweise unseres eigenen Denkorgans besser zu verstehen, wäre das menschliche Gehirn das wohl erste Objekt, das sich selbst versteht – zweifellos eine reizvolle Vorstellung.