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Forschungszentrum Jülich – Forschen in Jülich 2_2013

Auf welchen Wegen die Kommunikation zwischen Nervenzellen stattfindet, macht eine weitere Jüli- cher Forschergruppe sichtbar. Wissenschaftler um die Neurowissenschaftlerin Prof. Katrin Amunts, Di- rektorin am Institut für Neurowissenschaften und Medizin (INM), haben eine Methode entwickelt, die Aussagen über die Orientierungen der Nervenfasern – und damit über die „Hardware“ der Informations- übertragung zwischen verschiedenen Hirnregionen – zulässt, das 3-D-Polarized Light Imaging (PLI). „Mit dieser dreidimensionalen, auf polarisiertem Licht basierenden Darstellung der Faserbahnverläu- fe erreichen wir Bilder mit einer Auflösung im Be- reich von tausendstel Millimetern, die weltweit ein- malig sind“, erklärt Katrin Amunts. Dieses Netzwerk aus Informationspfaden er- gänzt perfekt ein weiteres Projekt, an dem Amunts arbeitet: die vollständige Kartierung des Gehirns. Seit über 15 Jahren erstellt die Wissenschaftlerin mit ihrem Team einen dreidimensionalen Atlas aller Hirnareale. Hierfür analysieren die Forscher pro Ge- hirn viele Tausend hauchdünner Gewebeschnitte mit Hilfe modernster Mikroskope und Bildauswertungs- methoden und rekonstruieren anschließend dreidi- mensional die verschiedenen Bereiche des Gehirns. Höchstleistungsrechner ermöglichen es, die dabei anfallenden gewaltigen Datenmengen zu meistern. Aber der digitale Atlas enthält nicht nur struktu- relle Unterschiede des Gehirns, sondern ordnet ver- schiedenen Bereichen auch Funktionen zu. Schon 70 Prozent des menschlichen Gehirns sind kartiert. „Dieser multimodale Gehirnatlas kann für die Mo- dellierung des Gehirns eine Art Navigationssystem werden“, sagt Amunts. Schon jetzt hilft er dabei, das gesunde Gehirn besser zu verstehen und da- durch künftig Krankheiten früher zu diagnostizieren und gezielter zu therapieren. :: Mit Bleistift und Papier oder Experimenten im Labor hätten Prof. Paolo Carloni und sein Team das Molekül 5-Hydroxyindol nicht so schnell ge- funden. Es verhindert, dass im Gehirn Eiweiße verklumpen und Parkinson auslösen. „Ein Aus- wahlverfahren am Computer hat es unter hun- derttausend möglichen Molekülen als einen passenden Medikamentenwirkstoff ermittelt“, erklärt der Direktor des Institute for Advanced Simulation (IAS) am Forschungszentrum Jülich. Paolo Carloni betrachtet die Vorgänge im Gehirn auf kleinster Ebene: in der Welt der Moleküle. Er beobachtet beispielsweise, wie Eiweiße im Ge- hirn mit anderen Substanzen reagieren oder Ge- schmacks- und Duftmoleküle ihre Wirkung ent- falten. Die molekularen Puzzlesteine und ihr Zusammenspiel sind wichtig, um ein Gesamtbild von dem Aufbau und der Arbeitsweise unseres Denkorgans zu erhalten. „Tatsächlich sind Moleküle unsere einzige Waffe gegen neurodegenerative Krankheiten wie Parkinson oder Alzheimer, welche sich weit- räumig im Gehirn ausbreiten und damit nicht operabel sind“, resümiert Carloni. „Entschei- dend für die effiziente Wirkstofffindung ist ein Zugang zu Supercomputern und die Zusammen- arbeit mit Labors, um die Vorhersagen aus dem Computer prüfen zu können.“ :: TITELTHEMA | Human Brain Modelling Die Macht der kleinsten Bausteine Ein Atlas mit vielen Funktionen Katrin Amunts, Medizinerin Paolo Carloni, Chemiker 2|2013 Forschen in Jülich 9 Institut Institut Video

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