Wie Neurobiologen helfen, unser Gehirn besser zu verstehen

Transkript

1 Blick über den Tellerrand Fraunhofer Institut ITWM Kaiserslautern Eckhard Friauf Tierphysiologie Biologie TU Kaiserslautern Wie Neurobiologen helfen, unser Gehirn besser zu verstehen 1

2 Alternativ Titel Wie forscht eigentlich ein Neurobiologe? 2

3 Gehirn Mensch: 86 Milliarden Neurone 3

4 Gehirn Mensch und 16 anderer Arten Smoky shrew = Villa Spitzmaus 4

5 Google: Nervenzelle 5

6 Nervenzelle 6

7 Makroskopisch Mesoskopisch Mikroskopisch 3:27 min 7

8 Neun Zehnerpotenzen in Raum 8

9 Haar, Spinnfaden, Feinstaub 6 µm Carbonfaser auf Haar Spinnfaden Durchmesser: 5 µm Haar Durchmesser: 50 bis 80 µm 9

10 Neurowissenschaftliche Methoden 1m 10 cm 1 cm 1 mm 0,1 mm 10 µm 1 µm 100 nm of vision/neurophysiology of vision.html Eckhard Friauf Gehirn besser verstehen Kaiserslautern, 16 Mai

11 Licht Mikroskopie 1m 10 cm 1 cm 1 mm 0,1 mm 10 µm 1 µm 100 nm of vision/neurophysiology of vision.html Eckhard Friauf Gehirn besser verstehen Kaiserslautern, 16 Mai

12 Nervenzellen unter dem Mikroskop Eckhard Friauf Gehirn besser verstehen Kaiserslautern, 16 Mai

13 Licht Mikroskopie Ernst Abbe (1873): halbe Wellenlänge ist Auflösungslimit 13

14 Optische Nanoskopie 1m 10 cm 1 cm 1 mm 0,1 mm 10 µm 1 µm 100 nm Optical nanoscopy of vision/neurophysiology of vision.html Eckhard Friauf Gehirn besser verstehen Kaiserslautern, 16 Mai

15 Chemie Nobelpreis 2014 Stefan W. Hell Optische Nanoskopie STED = Stimulated Emission Depletion Abbott A (2009) The glorious resolution. Nature 459:

16 Mikroskopie Nanoskopie Eckhard Friauf Gehirn besser verstehen Kaiserslautern, 16 Mai

17 Nervenzelle: Synaptische Vesikel 17

18 Elektronen Mikroskopie 1m 10 cm 1 cm 1 mm 0,1 mm 10 µm 1 µm 100 nm Electron microscopy Optical nanoscopy of vision/neurophysiology of vision.html Eckhard Friauf Gehirn besser verstehen Kaiserslautern, 16 Mai

19 Elektronen Mikroskopie: Tomographie Courtesy to Cordelia Imig (Göttingen) 19

20 3D analysis of vesicle docking Imig C et al (2014) The morphological and molecular nature of synaptic vesicle priming at presynaptic active zones. Neuron 84:

21 Läsionen 1m 10 cm 1 cm 1 mm 0,1 mm 10 µm 1 µm Electron microscopy 100 nm Optical nanoscopy of vision/neurophysiology of vision.html 21

22 Phineas Gage ( ) Der Mythos des frontalen Assoziationscortex 22

23 Phineas Gage 23

24 Selbstzerstümmelungen James G, Blakeley CJ, Hashemi K, Channing K, Duff M (2006) A case of self inflicted craniocerebral penetrating injury. Emerg Med J 23:e

25 PET und fmri 1m 10 cm 1 cm 1 mm 0,1 mm 10 µm 1 µm 100 nm Electron microscopy Optical nanoscopy of vision/neurophysiology of vision.html Eckhard Friauf Gehirn besser verstehen Kaiserslautern, 16 Mai

26 Animation: PET u.a. PET: Positron Emissions Tomographie 4:40 min 26

27 e + + e 2 27

28 Funktionelle Magnetresonanz Tomographie = fmrt (alias fmri) Duff Hendrickson, Hunter Hoffman, Univ Washington 28

29 1991: Herbert Weinsteins Zyste (PET und MRI) PET Positron Emissions Tomographie MRI Magnet Resonanz Imaging 29

30 Optische Messverfahren 1m 10 cm 1 cm 1 mm 0,1 mm 10 µm 1 µm 100 nm Electron microscopy Optical nanoscopy of vision/neurophysiology of vision.html Eckhard Friauf Gehirn besser verstehen Kaiserslautern, 16 Mai

31 Gruppen Aktivität vs. Einzel Aktivität Winter term 2017/18 31

32 Analyse aus multiplen Arealen 16 neurons 32

33 Aktivitätsmessungen Spuren von 100 Nervenzellen Sofroniew NJ, Flickinger D, King J, Svoboda K (2016): A large field of view two photon mesoscope with subcellular resolution for in vivo imaging, elife 2016;5:e

34 Big data 34

35 Zusammenfassung: Neurobiologie Räumliche Dimension: nm m (9 Zehnerpotenzen) Zeitliche Dimension: ms Jahre (10 Zehnerpotenzen) Tabula rasa an zentraler Stelle Rasante Methodenentwicklungen Philosophische Frage: Kann das Gehirn sich selbst verstehen? 35

36 Ende 36