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ePaper created 2012-12-12, 10:15:12 | version 1.24.0
Zellkulturen mit circa 25.000 Nervenzellen anzu- schauen und die Interaktion zwischen den Zellen zu vermessen. Eine Möglichkeit, sich diesem komplizierten Geschehen anzunähern, sind so genannte Mikroelektroden-Arrays, mit denen aktive Netzwerke untersucht werden können. Bis zu 1.000 außen liegende Kontaktpunkte werden über Leitungen zu Mikrometer großen Mess- punkten in der Mitte der wenige Zentimeter gro- ßen, quadratischen Gefäße geführt. Jeder Messpunkt entspricht einer Elektrode, die Kon- takt zu einem oder mehreren Neuronen hat. Deren Signal wird von einem Verstärker erfasst. „Wir brauchen eine gute Stichprobe von Neuro- nen, die wir simultan messen können“, sagt Egert. „Mit den Arrays bekommen wir eine hohe Orts- und Zeitauflösung.“ Die Frage zu einem solchen Netzwerk lautet: Welche Dynamik stellt sich da von selbst ein? „Die Neuronen in den Arrays bilden spontan Gruppen und schaffen lokale Zentren“, sagt Egert. „Die Rolle der Struk- tur für die Funktion ist unklar. Im menschlichen Gehirn haben wir zum Beispiel Schichtungen, in denen es unterschiedliche Zelltypen gibt, die wiederum auf ganz bestimmten Ebenen sitzen.“ An Vogelhirnen lässt sich jedoch zeigen, dass hohe Leistungen möglich sind, ohne dass die Neuronen geschichtet sind. Simulation am Computer Wenn Neurowissenschaftler den Computer einsetzen, um solche Netzwerke zu simulieren, lassen sie daher die Geometrie eines Netzwerks zunächst außen vor. „Es gibt verschiedene Arten, solche Nervennetze zu bauen“, sagt Egert. „Wir gehen erst einmal von grundlegenden Eigen- schaften aus, um zu erforschen, wie allgemeine Regeln von Nervennetzwerken funktionieren, die wir dann in der Simulation am Computer realis- tisch wiedergeben können.“ Wenn die Simulationen gelingen, dienen sie wiederum als Ausgangs- punkt für neue Experimente. Für realitätsnahe Simulationen braucht man jedoch zahlreiche konkrete Daten, die experimentell bestimmt wer- den müssen. Welche biophysikalischen Eigen- schaften sollen die Neuronen haben, welche Frequenz wird bei der Stimulation gewählt, wo genau setzt sie an, in welcher Phase, wie oft und wie lange wird das Netzwerk stimuliert? Die Forscherinnen und Forscher untersuchen zudem, wie sich ein eingehender Reiz in den unterschiedlichen Netzwerkarchitekturen ausbrei- tet, Geht er von einem Punkt gleichmäßig über das ganze Gehirn aus, feuern Nervenzellen eines Bereichs gleichzeitig und verbrauchen ihre Ressour- cen, ähnlich wie bei einem epileptischen Anfall. „Wir brauchen sich unterscheidende Bereiche, die auf unterschiedliche Erregungsvarianten reagie- ren, die eine gewisse Robustheit haben und in Schnitt eines Gehirns auf einem Mikroelektroden- Array: Die Forscher reizen verschiedene Bereiche und messen, wie die Nervenzellen darauf reagieren. „Wir gehen erst einmal von grundlegenden Eigenschaften aus, um zu erforschen, wie allgemeine Regeln von Nervennetzwerken funktionieren“ 6