Foto: Fliege unter Mikroskop
Mit modernsten Mikroskopie-Methoden
beobachten Neurobiologen die Aktivität
von Nervenzellen, während die Fliege
bewegte Muster sieht und verarbeitet;
© MPI für Neurobiologie / Reiff

Eine Fliege kann einen Fußball wie in Zeitlupe fliegen sehen. Denn: Die winzigen Gehirne dieser Flugakrobaten verarbeiten visuelle Bewegungen in Sekundenbruchteilen.

Bereits 1956 wurde ein mathematisches Modell entwickelt, das beschreibt, wie Bewegungen im Gehirn von Fliegen erkannt und verarbeitet werden. Dennoch ist nach wie vor unbekannt, welche Nervenzellen in welcher Weise im Fliegenhirn miteinander verbunden sind, sodass sie wie im Modell arbeiten. „Uns fehlten einfach die technischen Möglichkeiten, um einzelne Zellen und ihre Verbindungen in diesem Fliegen-Hochleistungscomputer zu untersuchen“, sagt Dierk Reiff vom Max-Planck-Institut für Neurobiologie.

Das überrascht nicht, bedenkt man wie winzig der für das Bewegungssehen zuständige Bereich des Fliegenhirns ist: In einem Sechstel Kubikmillimeter Gehirn befinden sich über 100.000 Nervenzellen. Hier die Reaktion einer einzelnen Nervenzelle herauszufiltern, scheint nahezu unmöglich. Doch genau das haben die Forscher geschafft.

Im Prinzip kann die elektrische Aktivität einzelner Nervenzellen mit feinsten Elektroden gemessen werden. Für diese Methode sind jedoch fast alle Nervenzellen im Gehirn der Fliege zu klein. Doch gerade dem Fliegenhirn wollten die Forscher seine Geheimnisse entlocken. Fliegen eine Vielzahl von Informationen über Eigen- und Umweltbewegung in Echtzeit im winzigen Hirn verarbeiten – etwas, dass so kein heute existierender Computer leisten könnte.

„Wir mussten einen Weg finden, die Aktivität dieser Nervenzellwinzlinge ohne die Hilfe von Elektroden zu beobachten“, so Reiff. Diese Hürde nahmen die Forscher nun durch den Einsatz modernster genetischer Methoden bei der Fruchtfliege. Hier gelang es, einzelne Nervenzellen mit einem Indikator-Molekül auszustatten. TN-XXL macht durch Änderung seiner Fluoreszenzeigenschaften die Aktivität von Nervenzellen sichtbar

Um zu untersuchen, wie Fruchtfliegenhirne Bewegungen verarbeiten, zeigten die Neurobiologen den Fliegen sich bewegende Streifenmuster auf einem Leuchtdioden-Bildschirm. Die Nervenzellen im Gehirn der Fliegen reagierten auf diese LED-Lichtreize mit Aktivität, was wiederum zu Änderungen im Leuchtverhalten des Indikator Moleküls führte. Obwohl TN-XXL deutlich heller ist als bisherige Indikator-Moleküle, war es lange Zeit unmöglich, die immer noch sehr geringe Lichtmenge einzufangen und vom LED-Lichtreiz zu trennen. Die Lösung: Das Zwei-Photonen-Laser-Mikroskop musste mit dem LED-Bildschirm im Genauigkeitsbereich von Mikrosekunden synchronisierte werden. So konnte das TN-XXL Signal vom LED-Licht getrennt und vom Zwei-Photonen-Mikroskop selektiv gemessen werden.

„Nach über 50 Jahren haben wir nun endlich die technischen Möglichkeiten geschaffen, um den zellulären Aufbau des Bewegungsdetektors im Fliegenhirn zu untersuchen", erklärt Alexander Borst, der mit seiner Abteilung dieses Ziel schon seit Jahren verfolgt.


COMPAMED.de; Quelle: Max-Planck-Institut für Neurobiologie