Polarized Light Imaging
3D-PLI kurz erklärt
Faserbahnarchitektur
Die Arbeitsgruppe „Faserbahnarchitektur“ erforscht die Struktur der Nervenfaserverbindungen von Gehirnen verschiedener Spezies – vom Menschen über Affen und Nagetiere bis hin zu Vögeln – mit mikroskopischer Auflösung. Unser Ziel ist es, automatisierte Mess- und Analysemethoden zu entwickeln, die eine Hochdurchsatz-Mikroskopie und Untersuchung kompletter menschlicher Gehirne ermöglichen. Dies erfordert innovative Ansätze im Bereich des Hochleistungsrechnens, um Datensätze im Petabyte-Bereich zu verarbeiten.
Zu diesem Zweck entwickeln wir die Technologie 3D Polarized Light Imaging (3D-PLI), mit deren Hilfe wir die Verläufe von Nervenfasern in Regionen des Kortex, des Subkortex und der weißen Substanz sichtbar und quantifizierbar machen können. 3D-PLI nutzt die optische Eigenschaft der Doppelbrechung des Hirngewebes, insbesondere der isolierenden Hülle vieler Nervenfasern, der Myelinscheide. Durch die Wechselwirkung mit den Nervenfasern wird polarisiertes Licht auf messbare Weise verändert. Dadurch können wir erkennen, in welche Richtung die Nervenfasern verlaufen und wie sie sich zu größeren Faserbahnen bündeln. So entstehen detaillierte Karten der Faser(bahn)architektur des Gehirns. Diese Karten helfen uns zu verstehen, wie das Gehirn aufgebaut ist, wie seine Verbindungen organisiert sind und wie sich diese Strukturen bei Erkrankungen verändern.
Da die Verbindungsstruktur des Gehirns auf verschiedenen räumlichen Skalen betrachtet werden muss, entwickeln wir neue Ansätze (z. B. Computational Scattered Light Imaging, comSLI und Digitale Holographische Mikroskopie, DHM) und integrieren komplementäre Bildgebungsmethoden (z. B. Diffusions-MRT, chromogene Immunhistochemie, Zwei-Photonen-Mikroskopie, Synchrotron-Streuung und Elektronenmikroskopie) mit unseren Kooperationspartnern.
Unsere Vision
Unser Ziel ist ein umfassendes, mehrskaliges Verständnis des menschlichen Gehirns. Dabei darf das Gehirn nicht auf eine einzelne Betrachtungsebene reduziert werden. Von entscheidender Bedeutung ist das Konnektom, also die Gesamtheit der Verbindungen zwischen Nervenzellen, lokalen Schaltkreisen, Faserbahnen und Hirnregionen.
Wir verstehen diese Organisation als verschachteltes System. Synapsen und Axone bilden auf der (Sub-)Mikrometerskala zunächst lokale Netzwerke, die sich zu größeren Leitungsbahnen und schließlich zu funktionellen Systemen formen. Diese prägen Wahrnehmung, Verhalten, Kognition und Krankheit.
Die heutige Bildgebung liefert bereits zentrale Bausteine dafür, bleibt jedoch fragmentiert. Diffusions-MRT und Traktographie machen große Faserverbindungen im lebenden Menschen sichtbar, sind aber indirekt und in ihrer Auflösung begrenzt. Hochauflösende Verfahren wie die Polarisation-, Fluoreszenz- oder Elektronenmikroskopie erfassen zwar feinste Gewebestrukturen, sind jedoch meist auf kleine oder wenige postmortale Proben beschränkt.
Unsere Vision ist es, diese Ebenen systematisch miteinander zu verbinden. Makroskopische MRT-Daten sollen durch mikroskopische Gewebedaten validiert, ergänzt und präzisiert werden. So entstehen multimodale Hirnatlanten, die nicht nur Verbindungen schematisch abbilden, sondern auch deren Richtungen, Unsicherheiten, individuelle Unterschiede und biologische Variabilität quantitativ erfassen.
Damit schaffen wir eine Grundlage für ein tieferes Verständnis von Gehirnfunktion, Verhalten und neurologischen Erkrankungen und eröffnen neue Möglichkeiten für Diagnostik, Forschung und personalisierte Medizin.
Unsere Forschungsthemen
Unsere Open Source Tools
Unsere Mitarbeiter
Ausgewählte Publikationen
Letzte Änderung: 11.06.2026