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Technik: Hirnstimulation per Holo-Projektor

Ein neues Drei-D-Verfahren treibt die Hirnstimula­tion auf die Spitze: Es soll Forschern ermöglichen, dutzende oder gar tausende Neurone in der Großhirnrinde komplett fremdzusteuern. Ziel des Ganzen ist es, einem Versuchstier beispielsweise falsche Sinnesempfindungen einzupflanzen und zu messen, wie das Gehirn darauf reagiert. Eines Tages könnte die Technik auch dazu genutzt werden, den Trägern von Prothesen künstliche, aber sehr realistische Sinneseindrücke zu vermitteln. Noch befindet sich das Verfahren in der frühen Entwicklungsphase.

Das Team um Hillel Adesnik von der University of California in Berkeley griff dazu auf ein verbreitetes Verfahren aus dem Werkzeugkasten der Neuroforscher zurück, die Optogenetik. Dabei werden Nervenzellen mittels Gentechnik lichtempfindlich gemacht, so dass sie die Bestrahlung mit einem Laser in Erregung versetzt. Die Wissenschaftler nahmen sich einen winzigen Ausschnitt auf der Oberfläche des Kortex – der Großhirnrinde – vor, der einen halben Quadratmillimeter groß war und einen Zehntelmillimeter in die Tiefe reichte. Ein solcher Quader enthält 2000 bis 3000 Neurone.

Um nun ausschließlich bestimmte Zellen in diesem dreidimensionalen Geflecht ansprechen zu können, entwickelte Adesniks Team einen holografischen Projektor, der das Laserlicht mit Hilfe von Flüssigkristallen so modifiziert, dass es nur an bestimmten Stellen Zellen erregen kann, nämlich überall dort, wo sich die anvisierten Neuronen befinden. Bislang gelingt es dem Wissenschaftlern, 50 Hirnzellen auf einmal zu mani­pulieren, das aber so schnell und präzise, dass das künstlich hervorgerufene Aktivitätsmuster den natürlichen entspricht. 300-mal pro Sekunde können sie jeweils 50 neue Zielneurone aktivieren.

Gleichzeitig installierten sie ein herkömmliches Mikroskop, mit dem sich das Feuern der Hirnzellen erfassen lässt, so dass sie die Auswirkungen ihrer Stimulation beobachten und später auch analysieren können. Zudem erlaubt es das Gerät, natürliche Erregungsmuster vorab zu identifizieren, um sie anschließend beispielsweise als Playback wieder in die Großhirnrinde einzuspielen. Bei ihren ersten Tests an Mäusen stellten die Forscher die grundsätzliche Funktionsfähigkeit der Technik unter Beweis. Allerdings zeigte sich im Verhalten der Versuchstiere keine Änderung durch die Stimulation – ob die Tiere diese Manipulationsversuche bemerkten, ist also ungewiss. Künftig wollen die Wissenschaftler die Mäuse darauf trainieren, auf bestimmte Erregungsmuster zu reagieren, um so den Erfolg der Aktion anzuzeigen.

7/2018

Dieser Artikel ist enthalten in Gehirn&Geist 7/2018

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  • Quelle
Nat. Neurosci. 10.1038/s41593-018-0139-8, 2018