Eine Wissenschaftlerin des Zuckerman-Instituts der Columbia University ist auf dem besten Weg, Forschungsmethoden der Neurowissenschaften in eine neue Ära einzuleiten. Elizabeth Hillman entwickelt bislang ungekannte Bildgebungsverfahren und Mikroskope, welche die Erforschung des Gehirns und damit auch das Verständnis über die Kommunikation von Nervenzellen grundlegend verändern könnten. Viele Krankheitsverläufe könnten in Zukunft besser verstanden werden. So gibt es bereits neue Einblicke in den Zusammenhang zwischen Krankheiten, die die Blutgefäße schädigen und der gleichzeitigen Minderung kognitiver Fähigkeiten. Zu ihrem Flaggschiff gehört die SCAPE-Mikroskopie. Mit dieser Technik ist es möglich, dreidimensionale und hochdetaillierte Videos in bislang nie dagewesener Geschwindigkeit aufzunehmen.
Die kognitive Funktionsfähigkeit des Gehirns steht in einem signifikanten Zusammenhang mit einer ungehinderten Blutzufuhr. Zunächst einmal klingt das einleuchtend. Doch ein besonderer Mechanismus, dem eine regulierende Rolle in der angemessenen Blutzuführung zufällt, macht diesen scheinbar einfachen Weg zu einem empfindlichen Zusammenhang. Denn neuronale Aktivitäten im Gehirn entscheiden innerhalb dieses Mechanismus über die notwendige Blutzufuhr. Es besteht also eine rege Kommunikation zwischen Neuronen und Blutgefäßen. Das konnten Wissenschaftler um Prof. Elizsbeth Hill, Forscherin am renommierten Zuckerman-Institut der Columbia University, in einer kürzlich durchgeführten Studie nachweisen.
Sogenannte vaskuläre Endothelzellen, welche in den Innenseiten von Gefäßen angebracht sind, senden elektrische Signale, welche die Gefäße veranlassen sich zu vergrößern, wenn Neuronen dies benötigen. Dies erklärt auch den zu beobachtenden kognitiven Rückgang bei Krankheiten wie Diabetes oder Bluthochdruck, welche sich negativ auf die Blutgefäße auswirken. Beschädigte Endothelzellen, so die Wissenschaftlerin, könnten zu einem Abbau der Neuronen führen – „einfach durch Einschränkung der Nährstoffversorung,“ so Hillman. Hillman ist auf dem Gebiet der sogenannten neurovaskulären Kopplung spezialisiert. Obwohl dies ein entscheidender Mechanismus sei, das über die Blutzufuhr in jede Furche des Gehirns entscheide, werde es von Neurowissenschaftlern nicht ausreichend beachtet, so die Forscherin. Die Erforschung der Versorgung des Gehirns, so Hillman weiter, zeige offensichtliche Zusammenhänge mit dem gesundheitlichen Zustand. Sie sei jedoch auch eine wichtige Grundlage zur Verbesserung von Bildgebungstechniken in der Medizin. Zur Untersuchung der neurovaskulären Kopplung setzte Hillman eigens entwickelte Bildgebungsmethoden, die weit über die Leistungen des fMRT hinausgehen, ein.
Diese Herangehensweise impliziert auch die fortschreitende Entwicklung verbesserter Mikroskope. Die fMRT ist eine in der Medizin etablierte Technologie , um bestimmte Muster von Gehirnaktivitäten mittels der Messung des Blutflusses zu ermitteln. Die neuronale Aktivität ändert jedoch ständig die Blutzufuhr, sodass auch entsprechende fMRT-Daten bislang keine treffsichere Interpretationen zulassen. Die fMRT kann demnach den in der Medizin immer weiter ansteigenden Anforderungen eines korrekten und schnellen Bildgebungsverfahrens nicht mehr länger gerecht werden. Um die Aktivität von Nervenzellen zu verschiedensten Situationen unverändert erkennen und verstehen zu können, bedarf es einer hochpräzisen Bildgebungstechnologie. Jene von Hills weisen in eine neue Richtung. Durch diese konnte auch die Kommunikation zwischen Neuronen und Blutgefäße nachgewiesen werden. Diese Zusammenhänge versprechen nach Aussagen von Hillman neue Strategien in der Behandlung von Funktionsstörungen im Gehirn. Mit Einsatz von SCAPE konnte bereits ein Schaltkreis im Gehirn der Fruchtfliege entschlüsselt werden, der tiefen Einblick in den neuronalen Prozess des Sehens erlaubt.
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