Visualisierungs-Software

Forscher fliegen durchs Gehirn

Forscher des Max-Planck-Instituts für Hirnforschung haben zusammen mit Softwarespezialisten jetzt eine Möglichkeit gefunden, das komplexe Netzwerk von Nervenzellen komplett zu rekonstruieren – quasi im Flug.

FRANKFURT/MAIN. Schon seit geraumer Zeit, arbeiten Wissenschaftler im Forschungsgebiet "Connectomics" daran, Nervenzellnetzwerke im Gehirn zu rekonstruieren. Obwohl die technologischen Fortschritte beeindruckend sind, ist die Entwicklung dieses relativ neuen Forschungsfelds durch die unglaublich große Menge an menschlicher Analysearbeit noch stark limitiert. Forscher des Frankfurter Max-Planck-Instituts (MPI) für Hirnforschung in Frankfurt /Main berichten nun, dass es ihnen zusammen mit Softwarespezialisten des Startups scalable minds gelungen ist, die Rekonstruktionssoftware online quasi durch das Gehirn fliegen zu lassen. Dies führe zu einer ungefähr zehnfachen Beschleunigung der Datenanalyse.

So sieht der Flug durchs Gehirn und die Nervenzellen aus. © Youtube

Erst dank neuester hochauflösender Methoden der Elektronenmikroskopie können die kompliziert verknüpften neuronalen Netzwerke von Milliarden Nervenzellen im Gehirn detailliert vermessen werden. Entscheidend für die Entschlüsselung der Netzwerke sei jedoch die Analyse der riesigen Bilddatenmengen, heißt es in einer Pressemitteilung des MPI . Interessanterweise können allerdings selbst die besten Computer heutzutage diese Analyse noch nicht so gut bestreiten wie Menschen.

Forscher um Moritz Helmstaedter am MPI für Hirnforschung haben daher an einer effizienten Methode gearbeitet, die dreidimensionalen Bilddaten aus dem Gehirn im Internetbrowser so intuitiv darzustellen, dass Menschen mit bis zu 1500 Mikrometern pro Stunde durch das Hirngewebe fliegen können, und dabei Abzweigungen und Kurven der Nervenzellkabel rekonstruieren (publiziert: Boergens, Berning et al. Nature Methods, 2017, doi:10.1038/nmeth.4331). "Dies entspricht in etwa einem Parforceritt mit 150 Stundenkilometern durch ein kurvenreiches, hügeliges Dorf", so Helmstaedter in der Pressemitteilung.

Da die Visualisierung wie in einem Flugzeug auf den Piloten zentriert sei und so eine optimale Steuerung erlaube, seien die menschlichen Analysatoren so schnell wie es das Sehsystem ermögliche. Und zusammen mit Computerprogrammen sei nun der menschliche Anteil der Analyse maximal schnell: rund 10 Mal schneller als bisher, berichtet das MPI.

Eine wichtige Voraussetzung für diesen Erfolg sei die Software für die Entwicklung effizienter Datenübertragung und für eine rechtzeitige Vorhersage des menschlichen Flugpfades. Dazu sei die Software "webKnossos" entstanden in enger Zusammenarbeit mit einem Start-up-Unternehmen aus Potsdam, scalable minds. Seit rund fünf Jahren habe ein Team zusammen mit den Max-Planck-Forschern an der Methode gearbeitet. (run)

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