Neuroanatomie & in vivo Konnektivität

Unser Forschungsgebiet ist die Struktur des Gehirns. Ziel dabei ist es, Hirnstrukturen mit Hirnfunktionen (z.B, Lernen, Denken, Orientierungsselektivität, Emotionen) in Zusam¬men-hang zu bringen und die Mechanismen hinter diesen Funktionen zu verstehen. Unter-suchungen am Neocortex, sowie am insulären Cortex stehen zur Zeit im Vordergrund. Zur Anwendung kommen licht- und elektronenmikroskopische Methoden, insbesondere quantitativ-neuroanatomische Methoden, sowie histologische Studien in Kombination mit Kernspinuntersuchungen und Physiologie. Projekte:

Konnektivität von Gehirnstrukturen:

Abb 1 A: Die Dichte von tracergefärbten Axonen kann quantifiziert werden, indem man die Zahl ihrer Schnittpunkte mit Linien zählt, die man auf den histologischen Schnitt projiziert. B: Histologische Schnitte durchs Gehirn des Makaken. Es sind retrograd gefärbte Zellen im insulären Cortex eingezeichnet. Verschiedene Farben resultieren aus verschiedenen Injektionsorten. C: Sagitalansicht eines Rattengehirns im Kernspingerät. Eine Injektionsstelle (heller Fleck) mit einem modifizierten Gd-Biocytin-Tracer ist in vivo zu erkennen.

Max-Planck-Institut für biologische Kybernetik

Abb 1 A: Die Dichte von tracergefärbten Axonen kann quantifiziert werden, indem man die Zahl ihrer Schnittpunkte mit Linien zählt, die man auf den histologischen Schnitt projiziert. B: Histologische Schnitte durchs Gehirn des Makaken. Es sind retrograd gefärbte Zellen im insulären Cortex eingezeichnet. Verschiedene Farben resultieren aus verschiedenen Injektionsorten. C: Sagitalansicht eines Rattengehirns im Kernspingerät. Eine Injektionsstelle (heller Fleck) mit einem modifizierten Gd-Biocytin-Tracer ist in vivo zu erkennen.

Max-Planck-Institut für biologische Kybernetik

Unserer Frühere quantitative Studien zur Verbindungsstruktur des Cortex werden weitergeführt durch Tracerstudien an der Maus (Abb.1A) Untersuchungen an der weißen Substanz des menschlichen Gehirns, sowie durch Modellbildung zur corticalen Konnektivität (A. Schüz, V. Braitenberg, D. Liewald, D. Chaimow)
Funktionelle Anatomie der Insula beim Makaken (H.Evrard). Hier werden Kernspinuntersuchungen, Tracerstudien und vergleichende zytoarchitektonische Untersuchungen miteinander kombiniert (Abb.1B). Das Ziel ist zu verstehen, wie Körperempfindungen mit Emotionen zusammenhängen.
Konnektivität in vivo im Kernspingerät (Abb. 1 C). In der Chemikergruppe des Instituts werden zu diesem Zweck gadoliniumbindende Tracerstoffe entwickelt, die man im Kernspingerät erkennen kann und die gewisse Vorteile . Im neuroanatomischen Labor vergleichen wir das Ergebnis post mortem an histologischen Schnitten. Die Möglichkeit, Faserverbindungen auch im lebenden Gehirn erkennen zu können, soll damit verbessert werden. (R.Mishra, A. Mishra., A. Schüz, K. Dhingra, L. Engelmann, N. K. Logothetis, S. Canals)

http://www.fp7-bion.eu/ (Link ist nicht mehr aktuell. Alternative?)

Orientierungsselektivität der Neuronen in V1

Illustration zur Kombination von Theory, Physiologie und Anatomie (von oben nach unten). Cytochromoxidase-Blobs haben ähnlichen Abstand wie die vermuteten Orientierungszentren.

Max-Planck-Institut für biologische Kybernetik

Illustration zur Kombination von Theory, Physiologie und Anatomie (von oben nach unten). Cytochromoxidase-Blobs haben ähnlichen Abstand wie die vermuteten Orientierungszentren.

Max-Planck-Institut für biologische Kybernetik

In dieser Studie werden „optical imaging“, Elektrophysiologie und Cytochromoxidase-Färbung kombiniert (Abb.2). Das Ziel dabei ist, Vorhersagen zu prüfen, die sich aus einer Theorie zum Mechanismus der Orientierungsselektivität ergeben (Matthias F. Valverde Salzmann).

Corticale Blutgefäße

Elektronenmikroskopisches Bild (SEM) vasculärer Korrosionspräparate aus dem visuellen Cortex des Makaken. Große Arterien und Venen sind rot bzw. blau eingefärbt.

Max-Planck-Institut für biologische Kybernetik

Elektronenmikroskopisches Bild (SEM) vasculärer Korrosionspräparate aus dem visuellen Cortex des Makaken. Große Arterien und Venen sind rot bzw. blau eingefärbt.

Max-Planck-Institut für biologische Kybernetik

Die Verteilung und 3-dimensionale Struktur von Blutgefäßen werden in verschiedenen corticalen Arealen untersucht (Anna Lena Keller, Bruno Weber, Nikos Logothetis) (Abb.3) als Beitrag zur Interpretation von funktionellen Kernspinuntersuchungen.

Literatur

Schüz A., D. Chaimow, D. Liewald, M. Dortenmann: Quantitative Aspects of Corticocortical Connections: A Tracer Study in the Mouse. Cerebral Cortex 16, 1474–1486 (2006).
Voges, N., A. Schüz, A. Aertsen, S. Rotter: A Modeler‘s View on the Spatial Structure of Intrinsic Horizontal Connectivity in the Neocortex. Progress in Neurobiology, (submitted) (2010).
Saleem, K. S., J. Pauls, M. A. Augath, T. Trinath, B. A. Prause, T. Hashikawa, N. K. Logothetis: Magnetic Resonance Imaging of Neuronal Connections in the Macaque Monkey. Neuron 34, 685–700 (2002).
Canals, S., M. Beyerlein, A. L. Keller, Y. Murayama, N. K. Logothetis: Magnetic Resonance Imaging of Cortical Connectivity in vivo. Neuroimage 40(2), 458–472 (2008).
Braitenberg V.: Charting the Visual Cortex. In Cerebral Cortex, Vol. 3, 379–414. (Eds.) Peters A., Jones E. G. Plenum, New York, USA (1985).