Um die Arbeitsweise unseres Gehirns zu verstehen, möchten Neurowissenschaftler herausfinden, welche Reize eine einzelne Nervenzelle verarbeitet und welchen Platz sie im neuronalen Netzwerk genau einnimmt. Beide Fragen will ein internationales Forscherteam jetzt in einem Schritt beantworten, indem es gentechnische und zellphysiologische Werkzeuge kombiniert. So kann es nun gleichzeitig Nervenzellen im lebenden Organismus bei ihrer Arbeit beobachten und zudem erkennen, welche Neurone im Netzwerk den Signalinput liefern. Auf diesem Weg könnte in Zukunft eine detaillierte funktionelle Verschaltungskarte des Gehirns entstehen.

Die Wissenschaftler um Troy Margrie vom National Institute for Medical Research in London führten zunächst mit der Patch-Clamp-Technik Ableitungen ausgewählter Nervenzellen im visuellen Kortex lebender Mäuse durch. Auf diese Weise kann die Reaktion genau dieser Zelle auf Außenreize, etwa einfallendes Licht, ermittelt werden. Die Wissenschaftler zeigten dann, dass die lebende Zelle die Ableitungsprozedur tatsächlich für längere Zeit schadlos übersteht und weiterarbeitet.

Im nächsten Schritt injizierten sie in die abgeleitete Nervenzelle gezielt ein DNA-Plasmid mit Genen, die Tollwutviren benötigen, um sich auf den neuronalen Leiterbahnen fortzubewegen. Anschließend spritzten sie ein manipuliertes, fluoreszierendes Tollwutvirus, dem ebendiese Genprodukte fehlen. Der Erreger konnte sich daher nur in der zuvor mit Plasmid-DNA versorgten Zelle entwickeln und sich von dort aus in die unmittelbar über Synapsen verknüpften Neurone bewegen. Weitere Neurone erreicht das manipulierte Virus allerdings nicht. Beide vom Virus infizierten Zellen fluoreszierten nun gut erkennbar: So können die Forscher erkennen, welche Zelle mit der abgeleiteten Zelle verknüpft ist und ihr den sensorischen Input gibt.

Bislang war es nur schwer möglich, jene Nervenzellen zu kartieren, die über Synapsen mit einer einzeln abgeleiteten Zelle in Verbindung stehen. Durch die kombinierte Methode stehen der Neurowissenschaft nun effektivere Werkzeuge zur Verfügung, um den Schaltplan des Nervensystems zu ermitteln: Die neue Methode ermögliche es erstmals, so der an der Studie beteiligte Neuroforscher Ede Rancz vom University College in London, "ein neuronales Netzwerk auf zellulärer Ebene darzustellen und funktional zu charakterisieren". (jo)