Wie ein transparenter Fisch das Gehirn entschlüsseln kann

In Fernsehbeiträgen aus dem Ostraum des Weißen Hauses vom 2. April 2013 enthüllte Präsident Obama eine wissenschaftliche Mission, die so großartig ist wie das Apollo-Programm. Das Ziel war nicht der Weltraum, sondern eine ebenso bezaubernde Grenze: das menschliche Gehirn. Obama forderte die "einfallsreichsten und effektivsten Forscher des Landes" auf, in Echtzeit das Flimmern aller 100 Milliarden Nervenzellen im Gehirn eines lebenden Menschen abzubilden - eine Reise tief in den neuronalen Kosmos, die noch nie in so feinem Maßstab unternommen wurde. Ein Panoramablick auf elektrische Impulse, die sich über das Gehirn drehen, könnte zu neuen Erkenntnissen darüber führen, wie wir denken, uns erinnern und lernen und wie Krankheiten wie Autismus oder Alzheimer unsere mentalen Schaltkreise neu verdrahten. "Wir haben die Chance, nicht nur das Leben von Millionen von Menschen auf diesem Planeten zu verbessern", sagte der Präsident.

Aus dieser Geschichte

Die Zukunft des Gehirns

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Im nächsten Monat, sechs Meilen vom Weißen Haus entfernt, griff ein Harvard-Professor namens Florian Engert nach einem Mikrofon und erklärte Obamas Bemühungen vor den besten Neurowissenschaftlern des Landes für im Wesentlichen vergeblich. "Wir haben diese Daten jetzt", sagte Engert, der in einem Raum voller Blazer und Cardigans ein Muskelshirt trug, das einen weiten Blick auf seinen prall gefüllten Bizeps bot. "Wir haben herausgefunden, dass sie eigentlich gar nicht so nützlich sind." ("Ich denke, die Bildgebung des ganzen Gehirns ist nur ein Haufen Stiere ----", sagte er mir später.) Für die anderen Forscher muss er haben sich angehört wie ein Verräter.

Der 48-jährige Engert war im Grunde die erste Person auf dem Planeten, die ein Gehirn in der von Obama vorgestellten Weise von Wand zu Wand beobachtete. Er und seine Kollegen hatten es mit einem Science-Fiction-Experiment gemacht, bei dem jede Veränderung der Gehirnaktivität in einem durchsichtigen Baby-Zebrafisch aufgezeichnet wurde. Dies war ein Meilenstein, der ein Jahr zuvor in der Fachzeitschrift Nature veröffentlicht wurde . Für Engert war es ein bisschen wie John Glenn, der von der Umlaufbahn zurückkehrte und JFK sagte, er solle sich nicht um eine Mondlandung kümmern.

"Er sollte ein Anwalt sein", sagt Miyoung Chun, Molekulargenetiker und leitender Angestellter der Kavli Foundation, einem der führenden Träger der neurowissenschaftlichen Forschung. "Viele andere Neurowissenschaftler feiern, was er erreicht hat, aber er selbst schließt es."

Aber Engert hat versucht, einen Punkt zu verdeutlichen: Aus seiner Sicht ist das Aufzeichnen des gesamten Gehirns nicht unbedingt der beste Weg, um neue Entdeckungen über die drei Pfund Fleisch zwischen unseren Ohren zu machen. „Sie können Muster, Sequenzen, Cluster, Korrelationen und Bereiche von Blips finden. Und was dann? “, Sagte er mir. Es sind viele Daten ohne viel Verständnis.

Das Weiße Haus - und viele Wissenschaftler - setzen zu viele Hoffnungen, dachte Engert, auf eine zu enge Idee, wie man das Gehirn versteht. In seiner Kritik geht es nicht nur um methodische Fragen, sondern auch um die eigentlichen Ziele der Neurowissenschaften. Wie viel sollten wir in unserem Leben von Phänomenen wie Gedächtnis, Schlaf und Bewusstsein erwarten? Was soll die höchste Berufung des Feldes sein? Sollten es Heilmittel für Krankheiten sein, oder sind andere Forschungslinien genauso wertvoll?

Engert mag Kontroversen, besonders wenn er im Mittelpunkt steht. Es ist ein gefährliches Spiel für einen Akademiker, aber seine Wissenschaft rettet ihn. Im vergangenen September gewährte ihm die Obama-Regierung eine der größten Zuwendungen der neuen Hirnmission und salbte ihn zu einem Anführer der Bemühungen, die er nicht aufhalten kann, zu dissen.

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Tausende, wenn nicht Millionen von Gehirnzellen müssen miteinander sprechen, damit eine Person selbst die grundlegendste Aufgabe wie das Heben eines Glases Wasser ausführen kann. Die Zellen tauschen Nachrichten in Form von elektrischen Impulsen aus, die mit Millisekunden-Geschwindigkeit über Fasernetzwerke laufen, die sich über alle Regionen des Gehirns erstrecken. Das heißt, das Peking des Gehirns telefoniert fast jeden Moment mit seinem Helsinki, wobei La Paz und Kampala an der Konferenz teilnehmen. Es wird angenommen, dass diese Aktivitätskreise einigen der größten Geheimnisse des Gehirns zugrunde liegen: Wie speichern und erinnern wir uns an Erinnerungen? wie wir Emotionen empfinden; wie Neuronen Daten von unseren Sinnen codieren und wie sie auf diese Daten zurückgreifen, um das Verhalten zu orchestrieren; Wie sich diese Schaltkreise bei Menschen mit psychischen und neurologischen Erkrankungen ändern.

Bis vor kurzem konnten Wissenschaftler sogar bei Labortieren nur wenige hundert Neuronen gleichzeitig aufzeichnen. Sie versenkten Elektroden in jede dieser Zellen. Aber je mehr Zellen Sie versuchen, gleichzeitig aufzuspüren, desto größer ist das Risiko, dass Sie das Tier töten oder Ihre Elektronik kurzschließen. Sicher, funktionierende MRT-Geräte bilden das gesamte Gehirn ab, verfolgen jedoch den Sauerstoffgehalt im Blut, nicht die elektrische Aktivität, und die Auflösung ist viel zu grob, um Schaltkreise auf zellulärer Ebene untersuchen zu können. Aus diesem Grund ist Engerts 2012er Nature- Artikel über den wimperngroßen Baby-Zebrafisch mit einem Schuss Wale gelandet. Sein Team hatte einen Weg gefunden, das gesamte Gehirn eines Tieres mit einem fMRT und der Genauigkeit der Elektroden von Zelle zu Zelle zu erfassen.

Zebrafische sind Süßwasserminen, die in Bächen vorkommen, die durch Reisfelder entlang des Ganges in Indien und Bangladesch strömen. Im Westen sind die blau und gold gestreiften Fische besser bekannt als Ihre grundlegende Starter-Aquarienart. In den 1970er Jahren sahen Wissenschaftler in diesen unscheinbaren Kreaturen das Zeug zum nächsten großen Labortier. Zebrafische züchten schnell, kosten wenig und haben Gene, die leicht zu manipulieren sind. Und für die ersten Tage ihres Lebens sind Zebrafische, Gehirne bis zum Schwanz, durchsichtig. Um die Gedanken von Zebrafischbabys zu lesen, mussten die Wissenschaftler später lediglich nachsehen.

Nach Jahren des Versuchs und Irrtums führten Engert und seine Labormitglieder ein wildes Experiment durch. Engert hat es nach der Science-Fiction-Trilogie mit dem Codenamen "Fisch in der Matrix" benannt. Es handelt sich um Menschen, die glauben, sie führen ein normales Leben, sind aber in Kapseln eingeschlossen, deren Gehirn mit einer Virtual-Reality-Maschine verbunden ist. Das Experiment zielte auf eine grundlegende Frage ab: Was passiert im Gehirn von Baby-Zebrafischen, wenn sie lernen?

Zuerst war nicht klar, ob jemand einem Zebrafischbaby irgendetwas beibringen konnte. Engert und seine Kollegen versuchten jahrelang, dauerhafte Verhaltensänderungen auszulösen, indem sie den Fischen milde Schocks versetzten oder sie mit Alkohol oder Kokain belohnten, ohne Erfolg. Aber Zebrafische schwimmen instinktiv gegen eine Strömung, ein Reflex, der verhindert, dass sie in ein Reisfeld gespült werden oder, schlimmer noch, aufs Meer hinaus. Was wäre, wenn Wissenschaftler die Fische glauben lassen könnten, dass dieser festverdrahtete Reflex nicht richtig funktioniert? Würden die Fische lernen, sich anzupassen?

Die Forscher erhielten eine Linie von gentechnisch veränderten Zebrafischen, deren Neuronen grün blinken, wenn sie feuern. Die Zellen produzieren einen fluoreszierenden Farbstoff, der in Gegenwart von Kalziumionen heller leuchtet, die beim Brennen der Zelle einfließen. Der Fisch musste bewegungslos sein, damit die grünen Blitze unter dem Mikroskop nicht verschwimmen und trotzdem die Illusion von Freiheit haben.

Engert und zwei seiner Postdocs, Misha Ahrens und Ruben Portugues, lähmten den Fisch mit einem Schlangengift und suspendierten ihn in einer klaren Petrischale in Wasser. Um die visuelle Erfahrung des Schwimmens in einem Bach nachzuahmen, stellten sie eine Projektionswand unter die Petrischale und zeigten eine Reihe beweglicher Balken. An den Elektroden, die an den Nerven im Schwanz des Fisches befestigt waren, ahnten die Forscher, was das Gehirn dem Schwanz befahl, obwohl sich der Schwanz selbst nicht bewegen konnte. Ein Computer verlangsamte die Riegel, als der Fisch mit dem Schwanz schnippte - oder glaubte, dass er schnippte -, sodass er einen visuellen Hinweis darauf erhielt, dass er seinen Platz im fließenden Wasser erfolgreich hielt.

Dann kam die Gehirnwäsche. Als der Fisch „schwamm“, verlangsamten die Forscher die Riegel zu sehr oder kehrten ihren Kurs um, mit dem Ziel, das Tier glauben zu lassen, sein Schwanz sei superstark geworden. Oder sie ließen die Riegel zu langsam werden, sodass der Fisch dachte, sein Schwanz sei ungewöhnlich schwach. In jedem Fall kompensierte der Fisch, indem er entweder seine Schwanzbewegungen verringerte oder erhöhte: was auch immer nötig war, um im virtuellen Strom zu bleiben. Zebrafische kalibrierten nicht nur ihre Schwanzbewegungen neu, sie erinnerten sich später auch daran: Sie lernten. Als die Wissenschaftler dem Fisch eine Pause von zehn Sekunden gaben und dann die Geschwindigkeit des Riegels auf die realistische Einstellung zurückstellten, peitschten die Fische anfangs mit den Schwänzen, als wären sie noch zu stark oder zu schwach.

(Samuel Velasco / 5W Infografiken) (Samuel Velasco / 5W Infografiken) Das Zebrafischhirn beim Schwimmen (Florian Engert) Das Zebrafischhirn allein bei der visuellen Stimulation (Florian Engert) Zebrafische sind seit den 1970er Jahren unter Entwicklungsbiologen beliebt. Die Fische legen 100 bis 200 Eier pro Woche, aus denen ein Fünfzigstel der hier gezeigten Größe hervorgeht. (Adam Parslow / Heath Laboratory, Walter und Eliza Hall Institut für medizinische Forschung)

Videos der 100.000 Neuronen des Fisches, die mit einem leistungsstarken Mikroskop aufgenommen wurden, zeigen grün schimmernde Felder, die in Bereichen funkeln, die mit Sehen, Bewegung und Lernen zusammenhängen. Besonders hervorzuheben war ein Satz von Gehirnzellen, die keine klare Bindung an das Sehen oder die Bewegung aufwiesen und nur dann aufleuchteten, wenn die Fische bemerkten, dass ihre Schwänze schwächer oder stärker waren als erwartet. Engert vermutete, dass diese Zellen eine Rolle bei der "Überraschung" oder "Fehlererkennung" spielten.

Die Zeitung des Teams erzielte eine Reihe von Durchbrüchen, aber es war das technische Wunderwerk der gehirnweiten Aufzeichnung, das die meiste Aufmerksamkeit auf sich zog. Nie zuvor hatten Wissenschaftler die Aktivität in allen Neuronen eines lebenden Tieres abgebildet. "Die Technologie war da, um dieses Experiment durchzuführen, aber niemand hatte es", sagte mir Joseph Fetcho, ein Cornell-Professor, der viele der bahnbrechenden Fortschritte in den Zebrafisch-Neurowissenschaften gemacht hatte. „Nur Florian war verrückt genug. Es ist sozusagen seine ganze Lebenseinstellung: ‚Geh groß oder geh nach Hause '.“

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Als ich in Engerts Labor im zweiten Stock des BioLabs-Gebäudes von Harvard auftauchte, begrüßte er mich und sagte: „Ich werde Ihnen etwas wirklich Lustiges zeigen.“ Er führte mich aus dem Gebäude heraus und einen Asphaltweg hinunter zu einer Seite Tür der Harvard Divinity School. Auf einer laminierten Karte auf dem Türrahmen stand: „Rauchen verboten, 25 Fuß vor dem Gebäudeeingang.“ An der Tür befand sich jedoch ein weiteres Zeichen: „Kein Eingang.“

Er beobachtete mein Gesicht, um sicherzustellen, dass ich registrierte, wie das zweite Zeichen vernünftigerweise gelesen werden konnte, um das erste zu negieren. Dann brach er in ein kicherndes, hohes Lachen aus. Als ich fragte, ob ich ein Foto machen dürfe, stimmte er eifrig zu und vergewisserte sich, dass beide Zeichen noch sichtbar waren. Dann zündete er sich eine American Spirit-Zigarette an, blies Rauch auf die Traufe der Divinity Hall und ließ die Kamera sein bestes ungezogenes Lächeln aufblitzen.

Engert spielte für mich im Kleinen eine seiner Lieblingspersonen in der Öffentlichkeit: den Harken in einer Manierenkomödie, den Charmeur, dessen schlechtes Benehmen so harmlos ist, dass nur seine Ankläger am Ende töricht aussehen. Die Geschichten, die er gerne über sich selbst erzählt, beinhalten allesamt enge Fluchten aus der einen oder anderen Art von Aufregung oder Prüde. Harvard bietet ihm mit seinem heiligen Ruf, großen Egos und Tweedy-Mode-Imperativen eine besonders effektive Folie. Als sich Kollegen über sein Schlittschuhlaufen durch das BioLabs-Gebäude beschwerten, stellten die Wartungsmitarbeiter „No Rollerblading“ -Schilder auf. Sie kamen herunter, nachdem er eine Anstellung gemacht hatte.

Eines Nachmittags bemerkte ich eine Lederpeitsche mit Holzgriffen hinter Engerts Schreibtisch, und als ich fragte, was sie dort tat, ergriff er sie, sprang auf die Füße und entfesselte ein ohrenbetäubendes Knacken, das ein paar verblüffte Studenten aus ihren Sitzen schleuderte. "Sehen Sie, wie sie reagieren, wie sie plötzlich schneller arbeiten?", Scherzte er. In Wahrheit gab es ihm jemand in Ironie. Engert ist bekannt für die sehr lange Leine, die er den Labormitgliedern gibt. Die erfinderischste Wissenschaft, so meint er, findet in einem Umfeld statt, in dem brillante unabhängige Denker freie Hand haben, um ihre phantasievollsten Ideen zu verfolgen, selbst wenn sie scheitern.

Der studierte Astrophysiker Adam Kampff erwog im Jahr 2002 einen Wechsel in die Neurowissenschaften, als Engert ihm eine Harvard-Kreditkarte überreichte und ihn aufforderte, das Labor mit einem Zwei-Photonen-Mikroskop aus Lasern und Spiegeln auszustatten Magnum an technischer Geschicklichkeit. Die Mikroskope, die zwei Infrarotlichtimpulse an einem einzigen Punkt abgeben, zeichnen sich durch saubere Bilder von fluoreszenzgefärbten Zellen aus, wie sie in gentechnisch veränderten Zebrafischen grün blinken.

Dann flog Engert nach Berkeley, wo er gerade ein Postdoktorandenstipendium absolviert hatte, um mit seinem Honda Shadow Cruiser Motorrad über Land zurück nach Cambridge zu fahren.

"Während seiner Abwesenheit habe ich ungefähr 300.000 US-Dollar ausgegeben", sagte Kampff. "Wenn Sie zurückblicken, sagen Sie 'Warten Sie, das ist verrückt'", sagte Kampff, der bei Engert promoviert und postdoc war und jetzt Laborleiter am Sainsbury Wellcome Centre ist, einem neurowissenschaftlichen Forschungsinstitut am University College London. "Aber es war das Beste, was mir je passiert ist."

Für die öffentliche Rede 2009, die Engert im Rahmen seiner Amtszeit hielt, riet ihm ein Kollege, das Muskelshirt auszulassen und sich anzuziehen. Engert tat es - in Lederhosen. Als er in Ledershorts und Kniestrümpfen auf die Bühne trat, versicherte er dem überfüllten Hörsaal, dass er den Rat seines Kollegen entgegen dem Anschein zu Herzen genommen habe. "Dies ist die formelle Kleidung der bayerischen Stämme", sagte Engert, als der Raum von Lachen überflutet wurde, "und es ist ein Zeichen des höchsten Respekts für jedes Publikum."

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Florian sei einmal ein ruhiger, Comic-verschlingender Hausgenosse gewesen, sagt seine Schwester Katharina. Die beiden sind im Münchner Stadtteil Schwabing aufgewachsen, einer böhmischen Enklave, die von Studenten benachbarter Universitäten belebt wurde. Ihr Vater war ein Bäcker, der eine lokale Eiskette gründete, und ihre Mutter verkaufte den Friseursalon ihrer Familie, um die Kinder großzuziehen. Für eine Weile lebten sie alle über dem Flaggschiff Engert Ice. Kinder kamen immer vorbei, aber „Sie haben nie gewusst, ob sie wegen des Eises Ihre Freunde sind oder ob sie Sie mögen“, sagt Katharina, jetzt Ärztin für Grundversorgung in München.

Als Engert in der High School war, schickte ihn sein Vater, besorgt über seine Englischnoten, für ein Jahr Sprachunterricht nach London. Engert kam extrovertiert und selbstbewusst nach Hause. Bald befand er sich in einer Menge von selbsternannten Nihilisten des Kalten Krieges, die daran glaubten, für den Moment zu leben, weil eine nukleare Katastrophe die Menschheit auslöschen konnte, bevor einer von ihnen 30 Jahre alt wurde.

Große Fragen über die Ursprünge des Universums erregten Engert und die Physik schien Antworten zu haben. Bis zu seinem Abschlussjahr an der Ludwig-Maximilians-Universität in München fühlten sich die beiden Säulen des Feldes - Elementarteilchen und Astrophysik - jedoch „zu weit vom täglichen Leben entfernt“, sagte er. Der Nachbar seiner Familie war ein Gehirnforscher, und er sagte Engert, dass die Neurowissenschaften Physiker brauchten und dass die Zukunft des Feldes von der Erfindung neuer Werkzeuge abhing, um in das Gehirn zu blicken.

Als Doktorand und Postdoktorand am Max-Planck-Institut für Neurobiologie in München und an der Universität von Kalifornien baute Engert Geräte für wichtige Entdeckungen auf, wie sich Neuronen bei Ratten und Kaulquappen als Reaktion auf visuelle und elektrische Stimulation verändern - Veränderungen, die für das Lernen von entscheidender Bedeutung sind und Erinnerung. Er verbrachte zwei Jahre damit, ein spezielles Zwei-Photonen-Mikroskop zu entwerfen, dessen Laser bei falscher Handhabung Netzhäute zappen könnte. In einer typischen Geste klebte Engert die Schutzbrille des Labors an die Wand und brachte darüber ein Schild mit der Aufschrift "Nur für Weicheier" an.

Seine Begabung, Geschäft und Vergnügen in Einklang zu bringen, hat seinen Anteil an intramuralen Kommentaren verstärkt. Im Jahr 2002 schrieb Mu-ming Poo, in dessen Labor Engert als Postdoc arbeitete, einen Brief, in dem er Labormitglieder wegen Faulheit festzurrte. "Es mag ein paar seltene Glückspilze wie Florian geben, die ... das Leben für eine Weile genießen und trotzdem ein Jobangebot von Harvard erhalten können", schrieb Poo. "Niemand sonst im Labor hat Florians Luxus, herumzuspielen."

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Das Weiße Haus startete seine neurowissenschaftliche Mission, die als BRAIN-Initiative (für Gehirnforschung durch die Förderung innovativer Neurotechnologien) bekannt ist, mit einer 100-Millionen-Dollar-Anfrage an den Kongress. Die National Institutes of Health gewährten im vergangenen Herbst BRAIN-Zuschüsse in Höhe von 46 Millionen US-Dollar, und so unterschiedliche Einrichtungen wie die National Science Foundation, die Defense Advanced Research Projects Agency und die Food and Drug Administration unterstützen die Forschung, die auf die Ziele der Initiative ausgerichtet ist. Im privaten Sektor haben Unternehmen wie Google, GE und GlaxoSmithKline mehr als 30 Millionen US-Dollar für die Mission aufgewendet.

Die beteiligten Wissenschaftler stellen sich einen Trittleiter-Ansatz vor, der von Spulwürmern (300 Neuronen), Zebrafischbabys und Fruchtfliegen (jeweils 100.000) bis zu Mäusen (75 Millionen) und Affen (6 Milliarden für den Makaken) reicht, bevor der Himalaya des Menschen erreicht wird Gehirn (fast 100 Milliarden). In gewisser Weise wird die Initiative jetzt an all diesen Fronten gleichzeitig fortgesetzt. Wissenschaftler untersuchen Teile des menschlichen Gehirns und verfolgen dabei einen ganzheitlicheren Ansatz bei Labortieren. Und sie experimentieren mit einer Reihe von Werkzeugen - Lasern, ultradünnen Sonden, chemischen Markierungen, High-Tech-Ultraschall, lichtaktivierten Molekülen, fMRIs der nächsten Generation und PET-Scannern - in der Hoffnung, aus dem Inneren undurchsichtiger Gehirne mit hoher Auflösung aufnehmen zu können .

Chun, der dazu beigetragen hat, das Weiße Haus von der BRAIN-Initiative zu überzeugen, hat die Zebrafischarbeit mit einem Expressaufzug verglichen. "Wir waren noch im ersten Stock und versuchten, in den zweiten Stock zu gelangen", sagt sie. "Dann aus dem Nichts gingen wir in den zehnten Stock."

Erst in Engerts Zeitung - und im nächsten Jahr in einer anderen von Misha Ahrens, die das Gedankenlesen von Zebrafischen dramatisch beschleunigte - dachten wir, OK, diese Initiative könnte möglich sein, sagte Chun. "Der Glaubenssprung, den sie machten, war enorm."

Ungefähr 80 Prozent der Gene, die mit menschlichen Krankheiten in Verbindung stehen, haben ein Gegenstück im Zebrafisch. (Dr. Dominik Paquet / The Rockefeller University) Bei der neuesten Entwicklung der Gehirnkartierung markieren Forscher des Howard Hughes Medical Institute permanent brennende Neuronen (Magenta) in einem frei schwimmenden Zebrafisch. (Eric Schreiter, HHMI / Janelia Research Campus) Diese Ansicht des Zebrafisch-Gehirns von einem Team am University College London zeigt Regionen, in denen sich Neuronen treffen (Magenta) und Axonbündel (Grün). (Tom Hawkins & Kate Turner im Wilson Laboratory am UCL als Teil von Zebrafishbrain.org)

Sie geht davon aus, dass sich die Kosten für die menschliche Gesundheit, für Erkrankungen wie Epilepsie, in nur fünf Jahren auszahlen werden. Behandlungen für weniger verstandene Krankheiten - von Parkinson und Alzheimer bis hin zu Autismus, Schizophrenie und posttraumatischer Belastungsstörung - sind weiter entfernt, aber kaum außerhalb der Reichweite. Durch den Vergleich der Gehirne gesunder Menschen, Zelle für Zelle, mit denen mit neuronalen Störungen können Wissenschaftler möglicherweise die Schaltkreise isolieren, deren Zusammenbruch die Krankheit vorwegnimmt. Diese Entdeckungen könnten die Entwicklung neuer Medikamente und Therapien vorantreiben. Zebrafische, die Wirbeltiere sind und daher ähnliche Gehirne wie wir haben, sind bereits führend. Sie werden verwendet, um Drogen zu testen und die Neurobiologie von Angstzuständen, Schlafstörungen und Alkoholmissbrauch zu untersuchen.

Engert überlässt solche Bestrebungen jedoch gerne anderen Wissenschaftlern. Er sagt, er habe sich nie vorgenommen, sich die Aktivität in jeder Zelle eines Gehirns vorzustellen. Es war nur eine Ergänzung zum „Matrix“ -Experiment - eine Lerche, um eine Debatte darüber zum Schweigen zu bringen, ob eine solche Aufnahme überhaupt möglich war. Ihn treiben Fragen ohne offensichtliche Anwendungen an: Wie reagiert ein Zebrafisch auf bestimmte Arten von Reizen? Welche neuronalen Schaltkreise feuern, wenn Fische schwimmen, jagen oder Raubtieren fliehen? Welche Experimente bieten den besten Einblick in das Lernen von Zebrafischen?

Er möchte, dass die Öffentlichkeit und die Politik die Neurowissenschaften aus den gleichen Gründen schätzen wie das Hubble-Weltraumteleskop, der Large Hadron Collider oder der Marsrover. Keiner von diesen berührt den Alltag direkt, aber sie werden finanziert, weil es schön ist, die Geheimnisse des Universums zu enträtseln. Er glaubt, dass die Quest zurückgesetzt wird, wenn die BRAIN-Initiative überverkauft ist. "Das Problem", sagt er, "ist, dass wenn wir Alzheimer und Parkinson nicht lösen, es so aussieht, als wären wir bei unseren festgelegten Aufgaben gescheitert, und die Leute werden das Geld wegnehmen und sagen:" Netter Versuch, keine Zigarre. ""

Was die philosophischen Fragen betrifft, die durch diese Arbeit aufgeworfen werden - ob das Studium des Gehirns uns etwas über die Natur des menschlichen Bewusstseins oder die Idee einer Seele lehrt; ob die Wissenschaft eines Tages das Zeug unserer Menschheit auf einen kalten Kalkül algorithmischen Codes reduzieren wird - er ist agnostisch.

Wir trafen uns eines Abends in dem hellvioletten Haus, in dem er mit Polina Kehayova, einer Drogenforscherin, die als Sopranistin der Boston Symphony arbeitet, und ihrer 6-jährigen Tochter zusammenlebt. Bei einem Linseneintopf erinnerte sich Engert an etwas, das der MIT-Linguist Noam Chomsky einmal gesagt hatte: „Wenn wir nicht erklären können, warum sich eine Kakerlake entscheidet, nach links abzubiegen, wie können wir dann erklären, warum sich ein Mensch entscheidet, etwas zu tun?“

"Selbst das niedrigste Insekt ist ein spektakulär gut angepasstes Instrument, das komplizierter und interessanter ist als jeder Computer", sagte er mir. "Ich meine, möchtest du nicht wissen, wie sein Gehirn funktioniert?"

Nach ein paar Tagen mit Engert machte ich einige Fortschritte in der Funktionsweise seines Gehirns. Es stellt sich heraus, dass seine Ziele nicht so peinlich für die BRAIN-Initiative sind, wie er es manchmal vortäuscht, auch wenn seine Motivationen unterschiedlich sind. Live-Bilder von jedem blinkenden Neuron eines Gehirns könnten eine enorme Kraft haben, sagt er, wenn Wissenschaftler auch die Drähte sehen würden: die dünnen Fasern, entlang derer Neuronen Signale senden. Dann wüssten Sie, ob bestimmte Neuronen miteinander sprachen - und vielleicht auch, was sie sagten.

Eines Nachmittags auf dem Campus führte mich eine von Engerts Studenten, Mariela Petkova, über einen Innenhof zum Labor von Jeff Lichtman, einem Professor für Molekular- und Zellbiologie. In einem fensterlosen Raum war ein ganzes Zebrafischhirn mit Harz versteift und mit einem Diamantmesser in 30.000 hauchdünne Scheiben geschnitten worden. Rasterelektronenmikroskope bilden jede Schicht ab, und acht Studenten und mehrere Freiwillige - darunter Petkovas Mutter - verfolgen per Internet aus Bulgarien die neuronalen „Drähte“ von Hand von Schicht zu Schicht. Ein weiterer Professor, Constance Cepko, wird die Ausbreitung fluoreszierender Viren im Gehirn beobachten. Sobald der Schaltplan vollständig ist, legt Engert seine Karte mit blinkenden Neuronen darauf. Der Theoretiker Haim Sompolinsky wird dann die Strömungen des neuronalen Verkehrs über die Drähte analysieren, um nach Prinzipien zu suchen, die diese Verkehrsmuster mit bestimmten Verhaltensweisen der Fische verknüpfen.

Wenn Engerts Arbeit erledigt ist, von der er sagt, dass sie 20 Jahre dauern könnte, wird er nichts Ruhmreicheres oder weniger Ruhmreiches haben als einen „virtuellen Fisch“: eine Software, die die gesamte Funktionsweise eines Zebrafisch-Gehirns nachahmt. Die Wissenschaftler konnten eine beliebige Mischung von sensorischen Eingaben wählen - Wassertemperatur, Lichtmuster, der Weg von Beute oder Raubtier in der Nähe - und die Algorithmen der Software würden nicht nur zeigen, wie ein echter Fisch reagieren würde, sondern was in seinem Gehirn in Millisekunden geschah Millisekunde und Zelle für Zelle, bevor dies geschah.

Er wird im Wesentlichen herausgefunden haben, warum der Zebrafisch nach links dreht.

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Der Freitagmorgen bringt die einzige Menge Struktur in Engerts Labor: das wöchentliche All-Hands-Meeting, bei dem sich 20 Doktoranden und Postdocs gegenseitig über ihre Forschungsergebnisse informieren. An dem Freitag Mitte Dezember, als ich in der Nähe war, fuhr Engert auf Schlittschuhen mit einem T-Shirt mit dem Bild von Snoopy, der einen Bizeps biegt, und der Aufschrift „Welcome to the Gun Show“.

Der Professor nahm am Kopfende des Tisches Platz und hüpfte auf dem pneumatischen Stuhl auf und ab, wie ein Kind, das am Schreibtisch eines Elternteils herumfummelt. "Wow", sagte er. "Ich fühle mich wie ich verantwortlich bin."

Genauso schnell schlüpfte er vom Stuhl und in eine Ecke des Raumes, wo er eine Rolle übernahm, die in der Öffentlichkeit weniger häufig zu sehen war: die der ruhigen und geduldigen Cheerleader für seine Forscher, Entdecker, die er mit Ausrüstung ausstattete und dann Sendungen - rufen Sie an, wenn Sie können! - In die Sternenfelder des Geistes.

Die jungen Männer und Frauen wechselten sich ab und klickten sich durch die Folien ihrer neuesten Zebrafisch-Arbeit: Hier sind die Neuronen, die aufblitzen, wenn die Fische einen leichten Schock bekommen. Hier ruft das Visuelle das Gehirn auf, um die Bewegung einzuschätzen. Hier eine Hochgeschwindigkeitskamera auf einer umgedrehten Fräsmaschine, ein neues Werkzeug, mit dem Labormitglieder möglicherweise bald die Gehirnaktivität in frei schwimmenden Fischen verfolgen können.

Engert stellte ein paar sanfte Fragen, aber meistens gab es Ermutigung: „Erstaunlich!“ „Sehr schön - das Biest in Aktion!“ „Schau dir das an! Wahrnehmung, Erkenntnis und Bewusstsein hier. Die Seele des Fisches! "

Ein Student wies darauf hin, dass die Inline-Skates auf jedem von Engerts Füßen unterschiedliche Farben und Marken hatten. Engert schälte sich von den Schlittschuhen, um Socken zu entdecken - grau auf einem Fuß, schwarz auf dem anderen. Dann zog er seine Socken aus. Auf seinem linken Fuß war der große Zehennagel rot und die anderen lila gestrichen. Auf seinem rechten Fuß war der große Zehennagel lila und die anderen rot. Als seine Tochter kürzlich bei einem Nagellackexperiment die Zehen ihrer Mutter erschöpft hatte, hatte ihr Vater seine angeboten.