Optische Messung neuronaler Netzwerkdynamik in 3D

Zusammenfassung Die Funktionsweise des Gehirns beruht auf komplex verschalteten Netzwerken von Nervenzellen und umgebenden Gliazellen. Die Erregungsmuster in diesen Netzwerken bilden die Grundlage für die Verarbeitung sensorischer Reize, für Gedächtnisbildung, und für Verhalten. Die Messung der räumlichen und zeitlichen Aktivitätmuster in neuronalen Netzwerken im lebenden Gehirn ist daher ein wesentliches, bisher jedoch unvollständig erreichtes Ziel der Hirnforschung. Elektrische Ableitverfahren ermöglichen zumeist nur punktuelle Messungen und auch optische Verfahren zur in vivo Darstellung zellulärer Aktivität, wie die 2-Photonen-Laserscanning-Mikroskopie, sind im Hinblick auf Geschwindigkeit und Bildfeld begrenzt. Insbesondere wird beim konventionellen, rasterförmigen Laserscanning die dreidimensionale Struktur neuronaler Schaltkreise im Hirngewebe nicht berücksichtigt. Hier präsentieren wir neuartige Laserscanning-verfahren, die mithilfe mechanischer Schwingungen des Mikroskopobjektivs schnelle funktionelle Bildgebung in 3D ermöglichen. Die neuen Methoden erlauben Aufnahmen von 3D-Aktivitätsmustern in lokalen Netzwerken von mehreren hundert Zellen sowie neue Blickwinkel auf Erregungsmuster in einzelnen Neuronen. Sie eröffnen damit neue Möglichkeiten der in vivo Untersuchung neuronaler Schaltkreise.