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Institut für Neurowissenschaften und Medizin
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Brain Mapping

Zytoarchitektonische Wahrscheinlichkeitskarten

Die Neurowissenschaftlerin Prof. Dr. Katrin Amunts und ihr Team gehen auf eine weltweit einzigartige Forschungsexpedition: Sie erstellen einen dreidimensionalen Hirnatlas

Auf den ersten Blick ist die „Reiseroute“ begrenzt. Rund 1.500 Kubikzentimeter Gehirngewebe umfasst ein menschliches Gehirn. Doch das Terrain hat es in sich! „Unser Ziel ist es, ein realistisches, dreidimensionales Hirnmodell auf der Basis von strukturellen, zytoarchitektonischen, genetischen und molekularen Eigenschaften am Computer zu entwickeln.“ Um dieses Projekt zu realisieren, untersuchen die Wissenschaftler des INM-1 viele Tausende histologischer Hirnschnitte. Die Gewebeproben werden mit Hilfe von Mikroskopen und modernen Bildauswertungsmethoden aufwändig abgescannt, danach statistisch ausgewertet und anschließend dreidimensional am Computer rekonstruiert. Zusammen mit ihrem Kollegen Prof. Dr. Karl Zilles und einem großen Team aus Ärzten, Physikern, Biologen, Mathematikern und Doktoranden entwickelt Prof. Dr. Katrin Amunts auf diese Weise einen weltweit einzigartigen Hirnatlas, der die Brodmann-Karte aus dem Jahr 1909 Schritt für Schritt ersetzen soll. „Der Psychiater und Anatom Korbinian Brodmann hatte die Hirnrinde mit Hilfe eines Mikroskops kartiert und in knapp 50 Areale untergliedert. Brodmann war überzeugt, dass jedes Gehirnareal für eine bestimmte Funktion zuständig ist, eine Vermutung, die mit den damaligen Hilfsmitteln nur für einen kleinen Bruchteil der Areale bewiesen werden konnte“ [Prof. Dr. Katrin Amunts, Direktorin des Instituts für Neurowissenschaften und Medizin, INM-1 (Strukturelle und funktionelle Organisation des Gehirns) sowie Direktorin des C. & O. Vogt-Instituts für Hirnforschung an der Heinrich-Heine Universität Düsseldorf].

Dreidimensionaler Datensatz ersetzt Brodmann-Karte

Brodmann KarteSeitliche Ansicht der 1909 von Korbinian Brodmann veröffentlichten Gehirnkarte.
Copyright: Brodmann, K. (1909). Vergleichende Lokalisationslehre der Großhirnrinde in ihren Prinzipien dargestellt auf Grund des Zellenbaues. Leipzig, Verlag von Johann Ambrosius Barth.

Seitliche Ansicht der 1909 von Korbinian Brodmann veröffentlichten Gehirnkarte.
Copyright: Brodmann, K. (1909). Vergleichende Lokalisationslehre der Großhirnrinde in ihren Prinzipien dargestellt auf Grund des Zellenbaues. Leipzig, Verlag von Johann Ambrosius Barth.

Auch wenn die Entdeckung Brodmanns damals wegweisend war: Die hundert Jahre alte Karte ist lediglich eine schematische Zeichnung und kein dreidimensionaler Datensatz. Genau dieser wird aber als Vergleichsgrundlage für die modernen bildgebenden Untersuchungen benötigt, um Messdaten der Patienten der mikroskopischen Gliederung des Gehirns zuordnen zu können. „Wir müssen zunächst das „gesunde“ Gehirn verstehen, um dann in einem zweiten Schritt Abweichungen bei Menschen zu erkennen, die an neurologischen oder psychischen Erkrankungen leiden“, erklärt Katrin Amunts. Obwohl erst etwa 70 Prozent des Gehirns kartiert sind, ist das dreidimensionale Hirnmodell aus Jülich in vielerlei Hinsicht schon heute komplexer als die Brodmann-Karte. Hierfür gibt es verschiedene Gründe: So berücksichtigen Katrin Amunts und ihr interdisziplinäres Team in ihrem Atlas, dass sich Gehirnstrukturen voneinander unterscheiden, sie erfassen also ihre interindividuelle Variabilität. Außerdem kartieren sie nicht nur die Hirnrinde, sondern auch Kerngebiete, die tief im Gehirn liegen. „Die Areale der Hirnrinde funktionieren ja nicht losgelöst von ihrer Umgebung. Ganz im Gegenteil: Sie bilden Netzwerke und arbeiten mit den tiefer gelegenen Kerngebieten zusammen“. Mit jedem neu definierten Areal entwickelt sich das dreidimensionale Hirnmodell weiter. Das Verfahren ist denkbar aufwändig: Etwa ein Jahr benötigt ein Wissenschaftler, um ein neues Areal zu analysieren und zu kartieren.

Rund 70 Prozent des Gehirns sind mittlerweile kartiert. Hierfür wurden und werden im Forschungszentrum Jülich Tausende histologischer Hirnschnitte untersucht. Die Gewebeproben werden mit Hilfe von Mikroskopen und modernen Bildauswertungsmethoden abgescannt, statistisch ausgewertet und anschließend dreidimensional am Computer rekonstruiert.

3D Hirnatlas

Zusatzinformationen

Welche Gehirnkarten sind bereits veröffentlicht?

Zytoarchitektonische Wahrscheinlichkeitskarten mit Ergebnissen aus der funktionellen-Bildgebung vergleichen.

Leiterin der Arbeitsgruppe

Prof. Dr. med. Katrin Amunts

Gebäude: 15.9, Raum: 3022

Tel.:  +49-2461-61-4300
Fax: +49-2461-61-3483
k.amunts@fz-juelich.de

und

C. und O. Vogt-Institut für Hirnforschung
Universitätsklinikum Düsseldorf
Life Science Center, Merowingerplatz 1A
40225 Düsseldorf

Gebäude: 97.36

Tel.:  +49-211-81-06102
Fax: +49-211-81-06154


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