Die neue Toolbox der Neurowissenschaften

Mit der Erfindung der Optogenetik und anderer Technologien können Forscher zum ersten Mal die Quelle von Emotionen, Gedächtnis und Bewusstsein untersuchen. Durch

• Stephen S. Hall Archivseite

17. Juni 2014

Vor einigen Jahren nahm in (wo sonst?) Kalifornien in Kalifornien etwas Gestalt an, was man als Make Love, Not War-Zweig der Verhaltensneurowissenschaften bezeichnen könnte, als Forscher in David J. Andersons Labor am Caltech beschlossen, sich mit der Biologie der Aggression zu befassen. Sie leiteten die Forschungslinie durch die Orchestrierung der murinen Version von Fight Night ein: Sie stachelten männliche Mäuse dazu an, sich mit rivalisierenden Männchen zu verwickeln, und näherten sich dann mit akribischer molekularer Detektivarbeit auf ein paar wenige Zellen im Hypothalamus, die aktiv wurden, als die Mäuse anfingen kämpfen.

Der Hypothalamus ist eine kleine Struktur tief im Gehirn, die neben anderen Funktionen sensorische Inputs – zum Beispiel das Auftreten eines Rivalen – mit instinktiven Verhaltensreaktionen koordiniert. Bereits in den 1920er Jahren hatte Walter Hess von der Universität Zürich (der 1949 den Nobelpreis erhielt) gezeigt, dass man eine schnurrende Katze verwandeln kann, wenn man eine Elektrode in das Gehirn einer Katze steckt und bestimmte Regionen des Hypothalamus elektrisch stimuliert zu einem pelzigen Aggressionsschwaden. Mehrere interessante Hypothesen versuchten zu erklären, wie und warum dies geschah, aber es gab keine Möglichkeit, sie zu testen. Wie viele grundlegende Fragen in der Hirnforschung ist das Geheimnis der Aggression im letzten Jahrhundert nicht verschwunden – es hat nur die üblichen empirischen Hindernisse getroffen. Wir hatten gute Fragen, aber keine Technologie, um die Antworten zu erhalten.

Diese Geschichte war Teil unserer Juli-Ausgabe 2014

• Siehe den Rest der Ausgabe
• Abonnieren

Bis 2010 hatte Andersons Caltech-Labor damit begonnen, die zugrunde liegenden Mechanismen und neuronalen Schaltkreise der Aggression in ihren kampflustigen Mäusen zu entschlüsseln. Ausgestattet mit einer Reihe neuer Technologien, die es ihnen ermöglichten, sich auf einzelne Zellklumpen innerhalb von Gehirnregionen zu konzentrieren, stießen sie auf eine überraschende anatomische Entdeckung: Der winzige Teil des Hypothalamus, der mit aggressivem Verhalten zu korrelieren schien, war mit dem Teil verbunden, der mit dem Impuls verbunden war zu paaren. Dieses kleine Herzogtum von Zellen – der technische Name ist ventromedialer Hypothalamus – entpuppte sich als eine Ansammlung von ungefähr 5.000 Neuronen, die alle zusammen marmoriert waren, von denen einige anscheinend mit der Kopulation und andere mit dem Kampf verbunden waren.

Es gibt kein generisches Neuron, sagt Anderson, der schätzt, dass es im Gehirn bis zu 10.000 verschiedene Klassen von Neuronen geben kann. Selbst winzige Regionen des Gehirns enthalten eine Mischung, sagt er, und diese Neuronen beeinflussen das Verhalten oft in verschiedene, gegensätzliche Richtungen. Im Fall des Hypothalamus schienen einige der Neuronen während des aggressiven Verhaltens aktiv zu werden, einige während des Paarungsverhaltens und eine kleine Untergruppe – etwa 20 Prozent – ​​sowohl während des Kampfes als auch der Paarung.

Das war eine provokative Entdeckung, aber auch ein Relikt der Neurowissenschaften alten Stils. Aktiv zu sein war nicht dasselbe wie das Verursachen des Verhaltens; es war nur ein zusammenhang. Woher wussten die Wissenschaftler genau, was das Verhalten auslöste? Könnten sie eine Maus zum Kampf provozieren, indem sie einfach ein paar Zellen im Hypothalamus kitzeln?

Vor zehn Jahren wäre das technisch unmöglich gewesen. Aber in den letzten 10 Jahren wurde die Neurowissenschaft durch eine bemerkenswerte neue Technologie namens Optogenetik verändert, die von Wissenschaftlern der Stanford University erfunden und 2005 erstmals beschrieben wurde. Die Caltech-Forscher konnten ein genetisch verändertes lichtempfindliches Gen insbesondere in bestimmte Zellen einbringen Stellen im Gehirn einer lebenden, atmenden, lebhaften und gelegentlich kanülenmännlichen Maus. Mit einem haardünnen Glasfaserfaden, der in dieses lebende Gehirn eingeführt wurde, konnten sie dann die Neuronen im Hypothalamus mit einem Lichtblitz ein- und ausschalten.

Optogenetik : Lichtschalter für Neuronen

Anderson und seine Kollegen nutzten Optogenetik, um ein Video zu produzieren, das die Spannungen zwischen Hassliebe tief in Nagetieren dramatisiert. Es zeigt ein Männchen, das das tut, was natürlich ist, sich mit einem Weibchen paart, bis die Caltech-Forscher das Licht einschalten, und in diesem Moment gerät der Maus-Lothario in Wut. Wenn das Licht an ist, kann sogar eine sanftmütige männliche Maus dazu gebracht werden, ein beliebiges Ziel anzugreifen, das sich gerade in der Nähe befindet – ihren Fortpflanzungspartner, eine andere männliche Maus, ein kastriertes Männchen (normalerweise nicht als Bedrohung wahrgenommen) oder, höchstwahrscheinlich, ein Gummihandschuh fiel in den Käfig.

Die Aktivierung dieser Neuronen mit optogenetischen Techniken reicht aus, um aggressives Verhalten nicht nur gegenüber geeigneten Zielen wie einer anderen männlichen Maus, sondern auch gegenüber ungeeigneten Zielen wie Frauen und sogar leblosen Objekten zu aktivieren, sagt Anderson. Umgekehrt können Forscher diese Neuronen mitten im Kampf hemmen, indem sie das Licht ausschalten, sagt er: Man kann den Kampf tot stoppen.

Darüber hinaus legt die Forschung nahe, dass das Liebesspiel die Kriegsführung in der Verhaltenskalkulation außer Kraft setzt: Je näher eine Maus der Vollendung des Fortpflanzungsaktes war, desto widerstandsfähiger (oder vergesslicher) wurde sie gegenüber den Lichtimpulsen, die normalerweise Aggressionen auslösten. In einem Papier veröffentlicht in Biologische Psychiatrie , mit dem Titel Optogenetics, Sex, and Violence in the Brain: Implications for Psychiatry, bemerkte Anderson: Vielleicht ist der Imperativ „Liebe machen, nicht Krieg“ stärker in unserem Nervensystem verankert, als wir dachten. Wir können sowohl Liebende als auch Kämpfer sein, wobei die kleinste neurologische Distanz zwischen den beiden Impulsen liegt.

Optogenetik und andere neue Techniken ermöglichen es Wissenschaftlern, die Funktion von Tausenden verschiedener Arten von Neuronen unter den rund 86 Milliarden im menschlichen Gehirn zu bestimmen.

Niemand behauptet, dass wir kurz davor sind, neuronale Schutzschalter einzusetzen, um aggressives Verhalten einzudämmen. Aber, wie Anderson betont, hebt die Forschung einen größeren Punkt hervor, wie eine neue Technologie die Art und Weise, wie Hirnforschung betrieben wird, neu erfinden kann. Die Fähigkeit der Optogenetik, ein weitgehend korrelatives Wissenschaftsgebiet in eines zu verwandeln, das die Kausalität testet, sei transformativ gewesen, sagt er.

Das Radikale an dieser Technik ist, dass sie es Wissenschaftlern ermöglicht, eine Zelle oder ein Netzwerk von Zellen mit äußerster Präzision zu stören. Während ältere Technologien wie die Bildgebung es Forschern ermöglichten, das Gehirn in Aktion zu beobachten, ermöglicht ihnen die Optogenetik, diese Aktion zu beeinflussen, indem sie zu bestimmten Zeiten an bestimmten Teilen des Gehirns herumbastelten, um zu sehen, was passiert.

Und die Optogenetik ist nur eines aus einer Reihe revolutionärer neuer Werkzeuge, die in einer scheinbaren Blütezeit der Neurowissenschaften eine führende Rolle spielen werden. Große Initiativen sowohl in den Vereinigten Staaten als auch in Europa streben danach zu verstehen, wie das menschliche Gehirn – dieser drei Pfund schwere Quark aus Neuronen, Bindegewebe und Schaltkreisen – alles hervorbringt, von abstrakten Gedanken über grundlegende sensorische Verarbeitung bis hin zu Emotionen wie Aggression. Bewusstsein, freier Wille, Gedächtnis, Lernen – sie alle sind jetzt auf dem Tisch, da Forscher diese Werkzeuge verwenden, um zu untersuchen, wie das Gehirn seine scheinbar mysteriösen Wirkungen erzielt (siehe Auf der Suche nach dem Neuron des freien Willens).

Anschlüsse

Vor mehr als 2.000 Jahren stellte Hippokrates fest, dass man, wenn man den Geist verstehen will, zunächst das Gehirn studieren muss. In den letzten zwei Jahrtausenden hat sich nichts getan, um diesen Imperativ zu ändern – außer den Werkzeugen, die die Neurowissenschaft für diese Aufgabe bereitstellt.

Die Geschichte der Neurowissenschaften ist wie die Geschichte der Wissenschaft selbst oft eine Geschichte neuer Geräte und neuer Technologien. Luigi Galvanis erste versehentliche Elektrode, die das Zucken eines Froschmuskels auslöste, hat jede nachfolgende elektrische Sonde inspiriert, von Walter Hess' Katzenstich bis hin zur aktuellen therapeutischen Anwendung der tiefen Hirnstimulation zur Behandlung der Parkinson-Krankheit (rund 30.000 Menschen weltweit haben inzwischen Elektroden implantiert ihr Gehirn, um diesen Zustand zu behandeln). Die Patch-Clamp ermöglichte es Neuroanatomen, die Ebbe und Flut von Ionen in einem Neuron zu sehen, während es sich auf das Feuern vorbereitet. Und als Paul Lauterbur Anfang der 1970er-Jahre in seinem Labor an der State University of New York in Stony Brook ein starkes Magnetfeld auf eine einzige unglückliche Muschel richtete, ahnte er nicht, dass er und seine Kollegen den Grundstein für die Magnetresonanz legten Bildgebungsgeräte (MRT), die dazu beigetragen haben, die innere Landschaft und Aktivität eines lebenden Gehirns aufzudecken.

Wachsende Neuronen : Studieren, was schief geht

Aber es sind die Fortschritte in der Genetik und genomischen Werkzeugen in den letzten Jahren, die die Neurowissenschaften wirklich revolutioniert haben. Diese Fortschritte machten die genetischen Manipulationen im Herzen der Optogenetik möglich. Auch neuere Methoden der Genom-Editierung können genutzt werden, um die Genetik lebender Zellen im Labor präzise zu verändern. Zusammen mit der Optogenetik können Wissenschaftler mit diesen Werkzeugen beginnen, die Funktion von Tausenden verschiedener Arten von Nervenzellen unter den rund 86 Milliarden im menschlichen Gehirn zu bestimmen.

Nichts zeugt mehr vom Wert einer neuen Technologie als die Zahl der Wissenschaftler, die sie schnell übernehmen und damit neue wissenschaftliche Territorien erobern. Wie Edward Boyden, ein Wissenschaftler am MIT, der an der Entwicklung der Optogenetik mitgewirkt hat, es ausdrückt: Wenn eine neue Technologie auf den Markt kommt, gibt es oft ein bisschen Landraub.

Und während Forscher diese Möglichkeiten in der Genomik und Optogenetik nutzen, kommen noch andere Fortschritte auf den Plan. Eine neue chemische Behandlung macht es möglich, Nervenfasern im Gehirn von Säugetieren direkt zu sehen; Robotermikroelektroden können einzelne Zellen in lebenden Tieren belauschen (und stören); und ausgefeiltere bildgebende Verfahren ermöglichen es Forschern, Nervenzellen und -fasern in Hirnschnitten abzugleichen, um eine dreidimensionale Karte der Verbindungen zu erstellen. Durch die gemeinsame Verwendung dieser Werkzeuge, um ein Verständnis der Gehirnaktivität aufzubauen, hoffen die Wissenschaftler, das größte kognitive Spiel zu erfassen: Gedächtnis, Entscheidungsfindung, Bewusstsein, psychiatrische Erkrankungen wie Angst und Depression und, ja, Sex und Gewalt.

Wissenschaftler spekulierten, dass, wenn man das Gen für ein lichtempfindliches Protein in ein Neuron schmuggeln und dann die Zelle mit Licht pulsieren könnte, man es zum Feuern bringen könnte. Sie könnten bestimmte Neuronen ein- und ausschalten.

Im Januar 2013 hat die Europäische Kommission eine Milliarde Euro in den Start ihres Human Brain Project investiert, einer zehnjährigen Initiative zur Kartierung aller Verbindungen im Gehirn. Einige Monate später, im April 2013, kündigte die Obama-Regierung eine Initiative namens Brain Research through Advanced Innovative Neurotechnologies (BRAIN) an, die voraussichtlich bis zu 1 Milliarde US-Dollar in dieses Feld fließen wird, wobei ein Großteil der frühen Finanzierung für die Technologieentwicklung vorgesehen ist. Dann gibt es das Human Connectome Project, das darauf abzielt, mithilfe von elektronenmikroskopischen Bildern von aufeinanderfolgenden Schnitten von Hirngewebe Nervenzellen und ihre Verbindungen in drei Dimensionen zu kartieren. Am Howard Hughes Medical Institute in Virginia und am Allen Institute for Brain Science in Seattle laufen komplementäre Connectome- und Mapping-Initiativen. Sie alle sind Teil einer großen globalen Anstrengung, die sowohl öffentlich als auch privat finanziert wird, um ein umfassendes Bild des menschlichen Gehirns zu erstellen, von der Ebene der Gene und Zellen bis hin zu Verbindungen und Schaltkreisen.

Im vergangenen Dezember haben die National Institutes of Health als ersten Schritt der BRAIN-Initiative Vorschläge für Projekte im Wert von 40 Millionen US-Dollar zur Technologieentwicklung in den Neurowissenschaften erbeten. Warum setzt die BRAIN Initiative so stark auf Technologie? sagt Cornelia Bargmann, Neurowissenschaftlerin der Rockefeller University, die den Planungsprozess für das Projekt mitleitet. Das eigentliche Ziel besteht darin, zu verstehen, wie das Gehirn auf vielen Ebenen, in Raum und Zeit, in vielen verschiedenen Neuronen gleichzeitig funktioniert. Und was uns daran gehindert hat, das zu verstehen, sind die Grenzen der Technologie.

Lauschen

Die Optogenetik hat ihren Ursprung im Jahr 2000 im nächtlichen Geplauder an der Stanford University. Dort begannen die Neurowissenschaftler Karl Deisseroth und Edward Boyden, Ideen hin und her auszutauschen, wie man die Aktivität bestimmter Gehirnschaltkreise identifizieren und schließlich manipulieren könnte. Deisseroth, der in Stanford in Neurowissenschaften promoviert hatte, sehnte sich danach, die psychischen Leiden zu verstehen (und eines Tages zu behandeln), die die Menschheit seit der Ära von Hippokrates quälten, insbesondere Angstzustände und Depressionen (siehe Shining Light on Madness ). Boyden, der seine Doktorarbeit in Hirnfunktion anstrebte, hatte eine omnivore Neugier auf Neurotechnologie. Zuerst träumten sie davon, winzige magnetische Perlen einzusetzen, um die Gehirnfunktion in intakten, lebenden Tieren zu manipulieren. Aber irgendwann in den nächsten fünf Jahren ging eine andere Art von Glühbirne aus.

Seit den 1970er Jahren untersuchten Mikrobiologen eine Klasse lichtempfindlicher Moleküle, bekannt als Rhodopsin, die in einfachen Organismen wie Bakterien, Pilzen und Algen identifiziert wurden. Diese Proteine ​​fungieren wie Torwächter entlang der Zellwand; Wenn sie eine bestimmte Wellenlänge des Lichts erkennen, lassen sie entweder Ionen in eine Zelle oder umgekehrt Ionen aus dieser heraus. Dieses Auf und Ab von Ionen spiegelt den Prozess wider, durch den ein Neuron feuert: Die elektrische Ladung innerhalb der Nervenzelle baut sich auf, bis die Zelle eine elektrische Aktivitätsspitze entfesselt, die entlang ihrer Faser (oder ihres Axons) zu den Synapsen fließt, wo die Die Nachricht wird an die nächste Zelle im Pfad weitergegeben. Wissenschaftler spekulierten, dass wenn Sie das Gen für eines dieser lichtempfindlichen Proteine ​​in ein Neuron einschmuggeln und dann die Zelle mit Licht pulsieren könnten, Sie es zum Feuern bringen könnten. Einfach ausgedrückt, Sie könnten bestimmte Neuronen in einem bewussten Tier mit einem Lichtblitz ein- oder ausschalten.

2004 hat Deisseroth erfolgreich das Gen für ein lichtempfindliches Molekül aus Algen in Säugetierneuronen in einer Schale eingebracht. Deisseroth und Boyden fuhren fort, zu zeigen, dass blaues Licht die Neuronen zum Feuern anregen kann. Etwa zur gleichen Zeit trat ein Doktorand namens Feng Zhang in Deisseroths Labor ein. Zhang, der sich bereits als Gymnasiast in Des Moines, Iowa, frühzeitig Kenntnisse sowohl in den Techniken der Molekularbiologie als auch in der Gentherapie angeeignet hatte, zeigte, dass sich das Gen für das gewünschte Protein mit Hilfe gentechnisch veränderter Viren in Neuronen einbringen lässt. Das Stanford-Team verwendete dann wiederum blaue Lichtimpulse und demonstrierte dann, dass es elektrische Impulse in den virusmodifizierten Säugetier-Nervenzellen ein- und ausschalten kann. In einem wegweisenden Papier, das in . erschien Natur Neurowissenschaften im Jahr 2005 (nachdem, sagt Boyden, es abgelehnt wurde von Wissenschaft ), beschrieben Deisseroth, Zhang und Boyden die Technik. (Niemand würde es für ein weiteres Jahr Optogenetik nennen.)

Neurowissenschaftler machten sich sofort die Kraft der Technik zunutze, indem sie lichtempfindliche Gene in lebende Tiere einschleusen. Forscher in Deisseroths eigenem Labor nutzten es, um neue Wege zu identifizieren, die Angst bei Mäusen kontrollieren, und sowohl Deisseroths Team als auch seine Mitarbeiter am Mount Sinai Hospital in New York nutzten es, um Depressionen bei Ratten und Mäusen ein- und auszuschalten. Und das Labor von Susumu Tonegawa am MIT hat kürzlich Optogenetik verwendet, um bei Versuchstieren falsche Erinnerungen zu erzeugen.

Als ich im Dezember letzten Jahres Boydens Büro im Media Lab des MIT besuchte, rief der Wissenschaftler seine aktuellen Lieblingsarbeiten zur Optogenetik auf. In einem Wortrausch, so schnell wie seine Tastenanschläge, beschrieb Boyden Technologien der zweiten Generation, die bereits entwickelt werden. Eine beinhaltet das Abhören einzelner Nervenzellen in narkotisierten und bei Bewusstsein befindlichen Tieren, um zu sehen, was unter dem Aktivitätsmeer eines Neurons brodelt, wenn das Tier bewusstlos ist. Boyden sagte: Es wirft buchstäblich Licht darauf, was es bedeutet, Gedanken, Bewusstsein und Gefühle zu haben.

Wissenschaftler verwenden häufig Wörter wie überraschend und unerwartet, um jüngste Ergebnisse zu charakterisieren, die den Einfluss widerspiegeln, den die Optogenetik auf das Verständnis psychiatrischer Erkrankungen hatte.

Boydens Gruppe hatte auch gerade ein Papier verschickt, in dem es um eine neue Wendung in der Optogenetik ging: Separate, unabhängige Nervenbahnen können gleichzeitig mit roten und blauen Lichtwellenlängen gestört werden. Die Technik hat das Potenzial zu zeigen, wie verschiedene Schaltkreise miteinander interagieren und sich gegenseitig beeinflussen. Seine Gruppe arbeitet auch an unglaublich dichten Aufnahmesonden und Mikroskopen, die darauf abzielen, die Aktivität des gesamten Gehirns zu erfassen. Die Ambitionen sind nicht bescheiden. Können Sie alle Zellen im Gehirn aufzeichnen, sagt er, um zu sehen, wie Gedanken oder Entscheidungen oder andere komplexe Phänomene entstehen, wenn Sie von der Empfindung über die Emotion und die Entscheidung zum Aktionsort gehen?

Gehirn-Mapping : Kartierung der Datenautobahnen

Ein paar Blocks entfernt listete Feng Zhang, der jetzt Assistenzprofessor am MIT und Fakultätsmitglied am Broad Institute ist, uralte neurowissenschaftliche Fragen auf, die jetzt mit den neuen Technologien angegangen werden könnten. Können Sie ein Speicherupgrade durchführen und die Kapazität erhöhen? er hat gefragt. Wie sind neuronale Schaltkreise genetisch kodiert? Wie können Sie die genetischen Anweisungen umprogrammieren? Wie beheben Sie die genetischen Mutationen, die Fehlverdrahtungen oder andere Fehlfunktionen des neuronalen Systems verursachen? Wie macht man das alte Gehirn jünger?

Zhang half nicht nur bei der Erfindung der Optogenetik, sondern spielte auch eine zentrale Rolle bei der Entwicklung einer Gen-Editing-Technik namens CRISPR (siehe 10 Breakthrough Technologies: Genome Editing, Mai/Juni). Die Technologie ermöglicht es Wissenschaftlern, auf ein Gen – zum Beispiel in Neuronen – abzuzielen und es entweder zu löschen oder zu modifizieren. Wenn es so modifiziert wurde, dass es eine Mutation enthält, von der bekannt ist oder vermutet wird, dass sie Gehirnstörungen verursacht, können Wissenschaftler das Fortschreiten dieser Störungen bei Labortieren untersuchen. Alternativ können Forscher CRISPR im Labor verwenden, um Stammzellen zu verändern, die dann zu Neuronen gezüchtet werden können, um die Auswirkungen zu sehen.

Transparenz

Zurück in Stanford, wenn er nicht gerade Patienten mit Autismus-Spektrum-Störungen oder Depressionen in der Klinik sieht, erfindet Deisseroth weiterhin Werkzeuge, mit denen er und andere diese Erkrankungen untersuchen können. Im vergangenen Sommer berichtete sein Labor über eine neue Methode, mit der Wissenschaftler die Kabel von Nervenfasern, die als weiße Substanz bekannt sind, visualisieren können, die entfernte Bereiche des Gehirns verbinden. Die Technik namens Clarity immobilisiert zunächst Biomoleküle wie Protein und DNA in einem kunststoffähnlichen Netz, das die physische Integrität eines postmortalen Gehirns bewahrt. Dann spülen die Forscher eine Art Reinigungsmittel durch das Netz, um alle Fette im Gehirngewebe aufzulösen, die normalerweise das Licht blockieren. Das Gehirn wird transparent, wodurch plötzlich das gesamte dreidimensionale Verdrahtungsmuster sichtbar wird.

Zusammen verändern die neuen Werkzeuge viele konventionelle Ansichten in den Neurowissenschaften. Wie Deisseroth beispielsweise in einem Anfang dieses Jahres veröffentlichten Übersichtsartikel in Natur , hat die Optogenetik einige der der Tiefenhirnstimulation zugrunde liegenden Ideen in Frage gestellt, die weit verbreitet ist, um alles von Zittern und Epilepsie bis hin zu Angstzuständen und Zwangsstörungen zu behandeln. Niemand weiß genau, warum es funktioniert, aber die operative Annahme war, dass seine therapeutische Wirkung von der elektrischen Stimulation ganz bestimmter Hirnregionen herrührt; Neurochirurgen bemühen sich außerordentlich, Elektroden mit höchster Präzision zu platzieren.

Im Jahr 2009 zeigten Deisseroth und Kollegen jedoch, dass die gezielte Stimulation der weißen Substanz, der Nervenkabel, die zufällig in der Nähe der Elektroden liegen, die stärkste klinische Verbesserung der Symptome der Parkinson-Krankheit bewirkte. Mit anderen Worten, es war nicht die Nachbarschaft des Gehirns, die so wichtig war, sondern welche neuronalen Autobahnen zufällig in der Nähe passierten. Wissenschaftler verwenden häufig Wörter wie überraschend und unerwartet, um solche jüngsten Ergebnisse zu charakterisieren, die den Einfluss widerspiegeln, den die Optogenetik auf das Verständnis psychiatrischer Erkrankungen hatte.

Ebenso weist Anderson vom Caltech darauf hin, dass die öffentliche und wissenschaftliche Verliebtheit in funktionelle MRT-Studien in den letzten zwei Jahrzehnten den Eindruck erweckt hat, dass bestimmte Regionen des Gehirns als Zentren neuronaler Aktivität fungieren – dass die Amygdala das Zentrum der Angst ist, zum Beispiel, oder der Hypothalamus ist das Zentrum der Aggression. Aber er vergleicht fMRT damit, aus einem Flugzeug in 30.000 Fuß Höhe auf eine nächtliche Landschaft zu schauen und herauszufinden, was in einer einzelnen Stadt vor sich geht. Im Gegensatz dazu hat die Optogenetik einen viel detaillierteren Blick auf diese winzige Unterteilung von Zellen im Hypothalamus und damit ein viel komplexeres und differenzierteres Bild der Aggression geliefert. Die Aktivierung bestimmter Neuronen in dieser kleinen Stadt kann einen Organismus dazu bringen, Krieg zu führen, aber die Aktivierung der Neuronen nebenan kann ihn dazu bringen, Liebe zu machen.

Die neuen Techniken werden Wissenschaftlern erste Einblicke in die menschliche Kognition in Aktion geben – einen Blick darauf, wie Gedanken, Gefühle, Vorahnungen und dysfunktionale mentale Aktivitäten aus den neuronalen Schaltkreisen und der Aktivität bestimmter Zelltypen entstehen. Forscher beginnen gerade erst, diese Erkenntnisse zu gewinnen, aber angesichts des jüngsten Tempos der technologischen Entwicklung könnte sich das Bild früher ergeben, als es sich irgendjemand für möglich gehalten hätte, als das Licht der Optogenetik vor einigen Jahren zum ersten Mal aufflimmerte.

Stephen S. Hall ist ein Wissenschaftsautor und Autor in New York City. Sein letztes Feature für MIT-Technologie-Überprüfung war die Reparatur von schlechten Erinnerungen.

verbergen