Forschungsteam der Stanford University hat zwei neue optische Instrumente entwickelt, mit denen sich die neuronale Aktivität des Gehirns mit beispielloser Klarheit beobachten lässt. Die im Fachmagazin Cell veröffentlichte Studie enthüllte drei neue Ausbreitungsmuster von Gehirnwellen und lieferte damit neue Erkenntnisse zur Funktionsweise des Gehirns.

Diese Technik basiert auf einer verbesserten optischen TEMPO-Methode, über die erstmals 2016 berichtet wurde. Sie besteht aus zwei sich ergänzenden Instrumenten: einem faseroptischen Sensor mit zehnfach höherer Empfindlichkeit und einem optischen mesoskopischen Mikroskop, das Hirnregionen von bis zu 8 mm Breite abbilden kann. Der leitende Autor, Professor Mark J. Schnitzer, sagte: „Wir konnten mehrere Hirnregionen gleichzeitig visualisieren und beobachten, wie Hirnwellen zellspezifisch über die Großhirnrinde strömen.“

Anders als die herkömmliche Elektroenzephalographie (EEG) bildet die neue Technologie nicht nur Gehirnwellen in Echtzeit ab, sondern konzentriert sich auch auf die Aktivität bestimmter neuronaler Typen. Die Forscher entdeckten zwei Betawellen, die sich im rechten Winkel zueinander ausbreiten, sowie eine Thetawelle, die sich in beide Richtungen ausbreitet. Co-Erstautor Radosław Chrapkiewicz bemerkte: „Diese sich rückwärts ausbreitende Thetawelle könnte dem Lernmechanismus künstlicher Intelligenz ähneln und deutet darauf hin, dass das Gehirn die Fähigkeit besitzt, neuronale Schaltkreise über große Entfernungen hinweg neu zu organisieren.“

Simon Haziza, der Hauptautor der Studie, sagte, die Technologie habe das Potenzial, unser Verständnis neurologischer Erkrankungen wie Parkinson und Alzheimer zu verbessern. Professor Schnitzers Team dankte insbesondere Vasily Kruzhilin, der den wichtigsten Analysealgorithmus entwickelte, und Yanping Zhang, der das Mausmodell entwickelte.

Weitere Informationen: Bildgebung der Hochfrequenzspannungsdynamik in verschiedenen Klassen verhaltender Säugetierneuronen, Cell (2025). Zeitschrifteninformationen: Cell