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Tiermodelle: Fische in der Matrix

Kann der winzige Zebrabärbling helfen, die Funktionsweise des Gehirns zu entschlüsseln? Der Neurobiologe Florian Engert hat in seinem Labor an der Harvard University eine künstliche Umwelt für den transparenten Fisch geschaffen.
Zebrabärbling
Zebrabärbling | Der Zebrabärbling (Danio rerio) gehört zur Familie der Karpfenfische und lebt in stehenden oder langsam fließen­den Süßwassergewässern des indischen Subkontinents. Angelehnt an seinen engli­schen Namen "zebrafish" wird das bis zu fünf Zentimeter lange Tier auch als "Zebrafisch" bezeichnet. Insbesondere wegen seiner durchsichtigen Larven hat sich die Art (neben der Taufliege Drosophila melanogaster und dem Fadenwurm Caenorhabditis elegans) als Modellorganismus in der Genetik und Entwicklungsbiologie etabliert.

Ein frisch geschlüpfter Fisch schwimmt zum ersten Mal gegen den Strom. Mit seinen Glupschaugen, die aus seinem nur wimperngroßen Körper hervorquellen, beobachtet er die Umgebung. Plötzlich gleitet die Szenerie unter seinem Körper vorwärts, als ob er von der Strömung zurückgetrieben wird. Er schlägt mit dem Schwanz, um seine Position zu halten.

Tatsächlich aber ist der winzige Babyfisch bewegungsunfähig und wird von mehreren Glas­pipetten in einer mit Wasser gefüllten Petri­schale festgehalten. Die Schale liegt unter einem 80 000 Euro teuren Mikroskop in einer Ecke des mit technischem Gerät vollgestopften Labors. Ein von unten projizierter Film versetzt den Fisch in eine virtuelle Welt – fließende helle und dunkle Streifen gaukeln ihm eine vorbei­gleitende Unterwasserszenerie vor.

Obwohl das Tier sich nicht von der Stelle rührt, feuern seine motorischen Neurone ganz so, als würde es schwimmen. Die Signale verrechnet ein Computer, der damit das Video steuert; der Fisch hat also den fast perfekten Eindruck ­einer normalen Fortbewegung. Währenddessen beob­achtet Florian Engert unter dem Mikroskop das Feuern der Neurone – denn das Fischgehirn ist durchsichtig.

Engert, der aus der Umgebung von München stammt und seit 2002 als Neurowissenschaftler an der Harvard University in Cambridge (USA) arbeitet, hat diesen Versuchsaufbau ersonnen. Gern bemerkt er scherzhaft, der Fisch ähnele der Filmfigur Neo aus dem Sciencefiction-­Thriller "Matrix". In dem Streifen von 1999 sind Menschen von Maschinen versklavt worden, leben aber in einer virtuellen Realität im Glauben, sie seien frei. Der Fisch in seiner "Unterwassermatrix" soll Engerts Team eine zentrale Frage der Neurowissenschaften beantworten helfen: Wie kann eine Ansammlung von Hirnzellen ­Informationen aus der Umwelt erfassen und ­darauf mit einem so ausgefeilten Repertoire an Verhaltensweisen reagieren? ...

© Macmillan Publishers / Spektrum der Wissenschaft
Zebrafische in der Matrix
Forscher schnallen Fische in einer virtuellen Umgebung fest, zapfen ihre Bewegungsnerven an und beobachten jede einzelne Hirnzelle bei ihrer Arbeit – die kleinen Zebrabärblinge in ihrer Petrischale sind währenddessen fest davon überzeugt, durch einen reißenden Fluss zu schwimmen.

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  • Quellen

Agetsuma, M. et al.: The Habenula is Crucial for Experience-Dependent Modification of Fear Responses in Zebrafish. In: Nature Neuroscience 13, S. 1354-1356, 2010

Ahrens, M. B. et al.: Brain-Wide Neuronal Dynamics during Motor Adaptation in Zebrafish. In: Nature 485, S. 471-477, 2012

Fetcho, J. R., O'Malley, D. M.: Visualization of Active Neural Circuitry in the Spinal Cord of Intact Zebrafish. In: Journal of Neurophysiology 73, S. 399-406, 1995

Helmchen, F. et al.: A Miniature Head-Mounted Two-Photon Microscope. In: Neuron 31, S. 903-912, 2001

Higashijima, S.-i. et al.: Imaging Neuronal Activity During Zebrafish Behavior With a Genetically Encoded Calcium Indicator. In: Journal of Neurophysiology S. 90, 3986-3997, 2003

Kinkhabwala, A. et al.: A Structural and Functional Ground Plan for Neurons in the Hindbrain of Zebrafish. In: Proceedings of the National Academy of Sciences of the USA 108, S. 1164-1169, 2011

Nikolaou, N. et al.: Parametric Functional Maps of Visual Inputs to the Tectum. In: Neuron 76, S. 317-324, 2012

O'Donovan, M. J. et al.: Real-Time Imaging of Neurons Retrogradely and Anterogradely Labelled with Calcium-Sensitive Dyes. In: Journal of Neuroscience Methods 46, S. 91-106, 1993

O'Malley, D. M. et al.: Imaging the Functional Organization of Zebrafish Hindbrain Segments during Escape Behaviors. In: Neuron 17, S. 1145-1155, 1996

Seelig, J. D. et al.: Two-Photon Calcium Imaging from Head-Fixed Drosophila during Optomotor Walking Behavior. In: Nature Methods 7, S. 535-540, 2010