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Kartierung des menschlichen Gehirns für ein besseres Verständnis von dessen Funktionen und Erkrankungen

Eine Forschungsgruppe entwickelte einen dreidimensionalen Atlas des Gehirns, der Daten über dessen verschiedene Funktionen miteinander verknüpft.

Gesundheit

Man stelle sich vor, jemand entwickele einen dreidimensionalen Atlas über das menschliche Gehirn, das komplexeste Organ unseres Körpers, und erstelle schließlich Simulationen, um die Erforschung und Behandlung von Erkrankungen wie Epilepsie und Krebs voranzubringen. Genau das ist das Ziel des EU-finanzierten Projekts HBP SGA3 (Human Brain Project Specific Grant Agreement 3). Kürzlich stellten Forschende die umfassendste digitale Karte über die Zellarchitektur des Gehirns vor. Diese machten sie auch über die Forschungsinfrastruktur EBRAINS des europäischen Human Brain Project (HBP) verfügbar. Ihre Ergebnisse wurden in der Fachzeitschrift „Science“ veröffentlicht. „Wir präsentieren Julich-Brain, einen dreidimensionalen Atlas, der zytoarchitektonische Karten über verschiedene Bereiche der Hirnrinde und subkortikale Kerne enthält. Der Atlas ist probabilistisch, wodurch er Variationen zwischen einzelnen Gehirnen erfassen kann.“ Im selben Artikel merken die Forschenden an, dass ein solcher Atlas „neueste Kenntnisse über die Gehirnparzellierung einbeziehen, Variationen zwischen einzelnen Gehirnen berücksichtigen, auf reproduzierbaren Abläufen aufbauen und webbasierte Verknüpfungen zu anderen Ressourcen und Datenbanken bieten [sollte].“ Die Forschenden „entwickelten ein rechnergestütztes Rahmenwerk und präzisierten die derzeitigen Grenzen des menschlichen Gehirns auf der Grundlage zytoarchitektonischer Muster.“ In einer Pressemitteilung auf der Projektwebsite wird erläutert, wie der Julich-Brain-Atlas „die Variabilität der Hirnstruktur in einer mikroskopischen Auflösung [zeigt]. Im Atlas sind nahezu 250 strukturell abgegrenzte Areale dokumentiert, jede davon auf der Grundlage der Analyse von 10 Gehirnen. Über 24 000 äußerst dünne Hirnschnitten wurden digitalisiert, dreidimensional zusammengesetzt und von Fachleuten kartiert.“ Laut Prof. Dr. med. Katrin Amunts, Autorin der Studie und Direktorin des Instituts für Neurowissenschaften und Medizin am Forschungszentrum Jülich, Projektpartner von HBP SGA3, „wird der digitale Gehirnatlas bei der Interpretation von Neurobildgebungsstudien unterstützen, z. B. bei Erkrankten, um es auf den Punkt zu bringen.“ In derselben Pressemitteilung merkt sie an, dass der Atlas „zur Grundlage einer Art ‚Google Earth‘ für das Gehirn wird – denn die Zellebene ist die beste Schnittstelle zur Verknüpfung von Daten über sehr verschiedene Aspekte des Gehirns.“

Keine zwei Gehirne sind gleich

Die Studie zeigt, dass sich die Gehirnareale zweier Individuen unterscheiden, „beispielsweise wenn es zu Größe und Lage kommt. Das Julich-Brain stellt die Position und Form der einzelnen Areale daher als ‚Wahrscheinlichkeitskarten‘ dar.“ Wie in der Pressemitteilung erwähnt wird, gab es „besonders große Unterschiede im Broca-Zentrum, das beim Sprechen eine Rolle spielt. Das primäre visuelle Areal dagegen schien viel einheitlicher zu sein.“ Die Projektpartner betonen, dass ihr Atlas „ein Ausgangspunkt zur Zusammenführung von Struktur und Funktion ist. Der Atlas trägt z. B. schon dazu bei, Daten über die Genexpression mit der Konnektivität und der funktionalen Aktivität zu verknüpfen, damit wir die Gehirnfunktionen und die Mechanismen von Erkrankungen besser verstehen können.“ Dank der EBRAINS-Plattform konnten die von den Forschenden entwickelten Karten dazu eingesetzt werden, „mithilfe von Simulationen oder künstlicher Intelligenz die Arbeitsteilung zwischen den Gehirnarealen zu erforschen.“ HBP SGA3 wird bis März 2023 laufen. Das ist die Schlussphase des Human Brain Project, einem Flaggschiffprojekt für künftige und neu entstehende Technologien, eines der größten Projekte, das jemals von der EU finanziert wurde. „Der Plan ist, dass das Ende des aktuellen Flaggschiffprojekts gleichzeitig der Beginn eines neuen sein wird, in dem die europäische wissenschaftliche Forschungsinfrastruktur weiterlebt, hoffentlich im Rahmen des Fahrplans für das Europäische Strategieforum für Forschungsinfrastrukturen (ESFRI)“, heißt es im Informationsblatt des Projekts. Weitere Informationen: HBP SGA3-Projektwebsite

Schlüsselbegriffe

HBP SGA3, Human Brain Project, EBRAINS, Gehirn, Julich-Brain

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10 Februar 2020