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Konnektomik: Landkarte des Gehirns

GehirnEine umfassende Landkarte der Verbindungen im menschlichen Gehirn: Mit modernsten bildgebenden Techniken begeben sich Neurowissenschaftler auf die Spuren des sogenannten Konnektoms.

Das Suffix „-omik“ hat Konjunktur. Mit diesen vier Buchstaben am Ende werden wissenschaftliche Disziplinen gekennzeichnet, die sich mit der Analyse einer Gesamtheit ähnlicher Einzelelemente beschäftigen: Die Genomik beschäftigt sich mit der Gesamtheit der Gene, dem Genom; die Proteomik mit der Gesamtheit aller Eiweiße einer Zelle, dem Proteom. Vergleichsweise unbekannt ist noch die Konnektomik, die sich mit der Gesamtheit aller Verbindungen im Nervensystem auseinandersetzt, dem Konnektom. Der Begriff wurde im Jahr 2005 von zwei Wissenschaftlern zeitgleich, aber unabhängig voneinander vorgeschlagen. Einer davon ist der Schweizer Radiologe Dr. Patric Hagmann, der am Universitätsspital Lausanne tätig ist. Auf dem 26. Europäischen Radiologenkongress, der wie immer in Wien über die Bühne ging, hielt er einen kurzen Vortrag über jene Disziplin, der er den Namen schenkte.

Knoten und Ecken

„Unter dem Konnektom versteht man eine umfassende Landkarte der Verbindungen im Gehirn“, erläutert Hagmann. Das ist im einfachsten Fall ein Modell, das einzelne Nervenzellen und deren Verbindungen untereinander abbildet. Das Konnektom des Fadenwurms Caenorhabditis elegans, eines bei Forschern beliebten Modellorganismus, wurde Amyotrobereits dargestellt – allerdings hat das Tierchen nur genau 302 Nervenzellen, zwischen denen insgesamt etwa 5.000 Verbindungen bestehen. Das menschliche Gehirn hingegen besteht aus schätzungsweise 100 Milliarden Neuronen sowie noch tausendmal mehr Verbindungen dazwischen. Dennoch hat es sich die Konnektomik zum Ziel gesetzt, eine umfassende Landkarte des menschlichen Gehirns zu erstellen. Daran arbeitet nicht zuletzt das 40 Millionen Dollar schwere Human Connectome Project in den USA.
„Ein Konnektom kann nicht nur auf der Ebene von Neuronen und Synapsen erstellt werden – es kann sich auch um eine Abbildung der funktionellen und strukturellen Konnektivität im Gehirn handeln“, erklärt Hagmann die Herangehensweise. Und auf dieser makroskopischen Ebene ist es bereits gelungen, die Gesamtheit der Verbindungen im menschlichen Gehirn in vivo zumindest abzubilden. Nervenbahnen, welche die graue Gehirnmasse verbinden, können auf diese Weise als Netzwerk aus Knoten und Ecken dargestellt werden. Und es können die Auswirkungen von Erkrankungen auf das Netzwerk verständlich gemacht werden. Hagmann glaubt, dass sein Forschungsgebiet dabei helfen könne, neurodegenerative Erkrankungen wie Morbus Alzheimer oder Amyotrophe Lateralsklerose bzw. die biologischen Grundlagen von psychischen Erkrankungen wie Autismus und Schizophrenie zu verstehen. Denn all diesen Erkrankungen ist gemeinsam, dass sie – auf verschiedene Weisen – die Konnektivität des Gehirns verringern.

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