Schließe deine Augen. Was siehst du? Die Bilder, die sich bilden, sind alle Teil einer bewussten mentalen Landschaft. Aber wie das Gehirn die Welt um Sie herum verarbeitet, bleibt der Wissenschaft ein Rätsel.
In der Vergangenheit war es nahezu unmöglich, die Feinheiten herauszufinden, wie das menschliche Gehirn Sinn für visuelle Eingaben macht. Erst kürzlich konnten Wissenschaftler einzelne Neuronen bei der Arbeit direkt beobachten. Jetzt lanciert das Allen Institute for Brain Science in Seattle das Allen Brain Observatory, um mithilfe dieser neuen Technologie die Wahrnehmung auf ungewöhnliche Weise zu untersuchen: Sie lassen Mäuse Filme schauen.
An dem Projekt sind 25 Labormäuse beteiligt, die gentechnisch verändert wurden, damit ihre Neuronen beim Feuern aufleuchten, berichtet Arlene Weintraub von Forbes . Jede Maus hatte auch ein kleines Fenster im Kopf, so dass die Forscher die fluoreszierenden Neuronen in ihrem visuellen Kortex beobachten konnten.
Die Nagetiere liefen auf einem Laufband, während sie einen Clip aus der Eröffnung von Orson Welles ' Touch of Evil von 1958 sahen. Als die Bilder auf dem Bildschirm vor ihnen erschienen, zeichneten die Forscher ihre Gehirnaktivität mit einem Zwei-Photonen-Mikroskop auf.
Laut Jon Hamilton von NPR scheint dies eine ungewöhnliche Wahl für die Studie zu sein, doch die dreiminütige Eröffnungsszene dieses Kultklassikers scheint wie maßgeschneidert für die Studie zu sein. „Es ist schwarz-weiß, hat schöne Kontraste und eine lange Sicht ohne viele Unterbrechungen“, erklärt Christof Koch, wissenschaftlicher Leiter am Allen Institute.
Der Film schien ein Hit für die Mäuse zu sein. R. Clay Reid, ein leitender Ermittler des Projekts, sagt Weintraub, dass die 18.000 überwachten Neuronen aufleuchteten. „Im Verlauf des Films haben Neuronen zu unterschiedlichen Zeiten und auf interessante Weise auf verschiedene Teile des Films reagiert“, sagt er. "Es war bemerkenswert, wie unterschiedlich die Reaktionen verschiedener Neuronen auf diese Reize waren."
Das Mikroskop zeichnete auf, wann ein Neuron feuerte und wie intensiv es war. Durch das Korrelieren dieser Daten mit dem Bild auf dem Bildschirm konnten die Forscher die Funktion jedes Neurons abbilden. Zum Beispiel feuerten einige Neuronen nur, wenn vertikale Linien auf dem Bildschirm erschienen. Andere leuchteten auf, als die Kamera schwenkte. Die Forscher führten auch mehrere andere Experimente durch, beispielsweise die Darstellung von Insekten- oder Tiermäusen und von Schwarzweißbalken, um die Reaktion der Neuronen aufzuzeichnen. Das Projekt dauerte vier Jahre und umfasste 360 experimentelle Sitzungen mit einer Datenmenge von 30 Terabyte, berichtet Helen Shen von Nature .
Die Forschung hat bereits einige ungewöhnliche Muster aufgedeckt, berichtet Brendan Cole bei Wired . Dieselben Neuronen, die ausgelöst werden, wenn die Mäuse beispielsweise ein Foto eines Schmetterlings betrachten, leuchten auch auf, wenn die Kamera während des Films geschwenkt wird. Warum genau ist nicht bekannt, aber die Forscher von Allen hoffen, dass die breitere wissenschaftliche Gemeinschaft ihnen hilft, es herauszufinden.
Aus diesem Grund haben sie den Datensatz im Rahmen des Open-Source-Atlas von Allen Brain öffentlich veröffentlicht. In diesem Projekt wurden seit 2006 verschiedene Daten über das Gehirn von Mäusen und Menschen gespeichert. Es ist Teil des ehrgeizigen Projekts von Microsoft-Mitbegründer Paul Allen zur Kartierung des menschlichen Gehirns im Wert von einer halben Milliarde Dollar.
"Das ist im Grunde genommen eine Goldgrube", sagt der Computational Neuroscientist Steven Zucker von der Yale University zu Shen. "Es ist, als hätte jemand die Tür zum weltgrößten neurowissenschaftlichen Labor für Theoretiker auf der ganzen Welt geöffnet und gesagt: Komm rein und spiel mit unseren Daten."
Diese 18.000 Neuronen sind nur ein sehr kleiner Anfang. "Bis wir fertig sind, wird es einen so vollständigen enzyklopädischen Datensatz geben, der online ist und den Wissenschaftler teilen und als Ausgangspunkt verwenden können", sagt Reid Weintraub. Der nächste Schritt ist die Ausweitung der Arbeit auf die Überwachung der Mäuse bei der Ausführung anderer Aufgaben. Es ist noch nicht bekannt, ob dies die Rückführung ins Kino einschließt.
