Eine 3D-Reise durch das Gehirn

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Ein neues Virtual-Reality-Erlebnis eröffnet nun eine einzigartige Möglichkeit, anatomische Daten des Gehirns zu visualisieren und damit zu interagieren. Die Lösung, die von Wissenschaftlern des Wyss Center for Bio and Neuroengineering und der Universität Genf entwickelt wurde, lässt sich in der Neurotechnologie, der Forschung und dem Training von Chirurgen einsetzen.

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Ein neues Virtual-Reality-Erlebnis eröffnet nun eine einzigartige Möglichkeit, anatomische Daten des Gehirns zu visualisieren und damit zu interagieren. Die Lösung, die von Wissenschaftlern des Wyss Center for Bio and Neuroengineering und der Universität Genf entwickelt wurde, lässt sich in der Neurotechnologie, der Forschung und dem Training von Chirurgen einsetzen.

Die Anwender können mit 3D-Brillen ihren Kopf gleichsam in das Gehirn einer Maus verfrachten und sich die 3D-Strukturen auf Zell-Ebene visualisieren lassen. Interaktive Zeigegeräte erlauben die schnelle, natürliche Interaktion mit den Daten durch Markieren, Auswählen, Slicen und Zoomen.

Mit der Lösung lassen sich riesige Datenvolumen verarbeiten, wie jene, die mit dem Lichtscheibenmikroskop des Wyss Centers am Campus Biotech in Genf gewonnen wurden. Dr Stéphane Pages, Wissenschaftler am Wyss Center und Senior Research Associate an der Universität Genf, für die Mikroskopie verantwortlich und Hauptautor des Papers, sagt: „Die immensen Datenmengen aktueller Hochleistungsmikroskope treiben die Entwicklung neuer Verfahren für die Visualisierung des Gehirns voran. Wir haben dieses Virtual-Reality-System geschaffen, um neuroanatomische Daten auf Zell-Ebene im 3D-Raum zu rekonstruieren. Das System liefert eine zweckmäßige Lösung, diese außerordentlichen, hoch aufgelösten Bilder zu erleben, zu analysieren und schnell zu verstehen.“

Dr. Gilles Reymond, Ingenieur am Wyss Center, sagt, dass sich die Lösung in Zukunft als wertvolles Tool erweisen könne, um eine neue 3D-Perspektive auf die komplexen mechanischen und biologischen Interaktionen zwischen dem menschlichen Gehirn und neuen Formen MRI-kompatibler Gehirnsonden zu gewinnen. Diese könnten helfen, neurologischen Störungen beizukommen. Die Lösung könne darüber hinaus Chirurgen helfen, die Schritte einer komplizierten Operation in der virtuellen Realität zu präfigurieren und einzuüben, bevor sie am Patienten stattfinden.

Als nur eines von dreien weltweit, kann das Lichtscheibenmikroskop des Wyss Centers individuelle Neuronen abbilden, die fünfmal dünner als ein menschliches Haar sind. Die neuesten Untersuchungen mittels viralem Tracing zeigen die Verteilung der neuronalen Signalwege und sogar der dendritischen Dorne, der Mikrometer-kleinen Fortsätze, die als Kommunikationsbrücken zwischen den Neuronen fungieren. Die Bildgebung durch die Lichtscheibenmikroskopie erweist sich zudem als wertvolles Werkzeug, mit dem sich detaillierte mechanische und biologische Interaktionen zwischen neuartigen Gehirnimplantaten und dem Gehirn selbst verstehen lassen, ein Schwerpunkt des Neurotechnologie-Programms am Wyss Center.

Das VR-System kann auch ohne Weiteres mit halbautomatisch arbeitenden Datenanalyse-Tools kombiniert werden, welche die Analyse der Bilddaten beschleunigen und das Identifizieren von Strukturen vereinfachen, die sich nur schwer am Bildschirm ausmachen lassen.

Bild: Das 2D-Bild, aufgenommen durch ein Lichtscheibenmikroskop, ist repräsentativ für die Art von Daten, die ein VR-System detaillierter entdecken hilft. Es zeigt das Gehirn einer Maus, dem ein fluoreszierendes Retrovirus in den Hirnstamm injiziert wurde, um die neuronalen Signalwege kenntlich zu machen. Credit: Courtine Lab, EPFL (Leonie Asboth and Elodie Rey)

 

 

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