Alexander Gottschalk von der Universität Frankfurt hat beispielsweise gleich mehrere Lichtschalter in die Bewegungsneuronen eines Fadenwurms eingeschleust. Je nach Farbe des Licht bewegt sich der Wurm vorwärts oder rückwärts, entspannt oder rollt sich auf.
Besonders faszinierend sind die Experimente, in denen die Forscher die Oberhand über Teile des Gehirns der Tiere übernehmen, weil sie dort gezielt ihre Schalter einbauen. Denn die Forscher können zum genetischen Code des Schalters eine Art Schlüssel hinzufügen, der bewirkt, dass nur ein bestimmter Typ von Gehirnzellen den Lichtschalter einbaut, während die anderen ihn ignorieren. So haben mehrere Forschergruppen nur die Nervenzellen angeschaltet, die das Glückshormon Dopamin verwenden. Damit lassen sich Zusammenhänge im Gehirn besser aufklären.
Zellen, die am Suchtverhalten schuld sind
„Meine Kollegen aus Genf konnten eindeutig zeigen, welche Zellen im Gehirn einer Maus am Suchtverhalten beteiligt sind“, berichtet Hegemann. Wenn dieser Zelltyp durch Licht aktiviert wurde, löste es das Suchtverhalten der Maus aus. Sie schlug immer wieder gegen einen bestimmten Knopf, obwohl sie gleichzeitig dafür bestraft wurde. Ähnliche Studien gibt es auch für Aggressivität, Alkoholismus, den Futtertrieb, den Schlaf oder das Sozialverhalten der Tiere. Die Ergebnisse sind meistens überraschend und gehen weit über das hinaus, was Neurowissenschaftler bisher entdecken konnten.
Aber die Forschung stünde noch an den Anfängen, erklärt Hegemann. „Es ist nicht unsere Absicht, zu manipulieren“, sagt er. Es gehe um Grundlagenforschung am Mäusegehirn, das mit 75 Millionen Nervenzellen im Vergleich zum Menschen nur ein Hunderstel ausmacht und trotzdem ein großes Rätsel geblieben ist. Deshalb dämpft Hegemann auch die Hoffnung auf Lichttherapien für Parkinson, Schizophrenie, Epilepsie oder schwere Depressionen. „Der Fadenwurm hat nur 302 Gehirnzellen, und wir haben trotzdem noch nicht verstanden, wie diese arbeiten“, sagt der Biophysiker. Doch ohne Zweifel werden die Erkenntnisse aus der Maus den Schlüssel zu neuen Medikamenten liefern, sobald mehr über die Proteine und Botenstoffe des Gehirns bekannt ist.
Forscher sind elektrisiert
Die Optogenetik elektrisiert die Wissenschaft, die Zahl der Forscher verdoppelt sich etwa alle zwei Jahre. In der ersten Generation dieser Technik musste den Versuchstieren noch ein Lichtleiter ins Gehirn eingepflanzt werden. Inzwischen sind die Schalter so empfindlich, dass Mäuse, Würmer und Fische den Lichtimpuls auch durch die Haut und die dünne Schädeldecke empfangen und sich ganz normal bewegen können. Es gibt verschiedene Schalter für die unterschiedlichen Farben des Lichtes, mittlerweile werden die natürlichen Kanal-Rhodopsine am Computer simuliert und die Auswirkungen eines leicht veränderten Designs berechnet.
Lichtschalter für Nervenzellen
Alexander Gottschalk von der Universität Frankfurt hat beispielsweise gleich mehrere Lichtschalter in die Bewegungsneuronen eines Fadenwurms eingeschleust. Je nach Farbe des Licht bewegt sich der Wurm vorwärts oder rückwärts, entspannt oder rollt sich auf.
Besonders faszinierend sind die Experimente, in denen die Forscher die Oberhand über Teile des Gehirns der Tiere übernehmen, weil sie dort gezielt ihre Schalter einbauen. Denn die Forscher können zum genetischen Code des Schalters eine Art Schlüssel hinzufügen, der bewirkt, dass nur ein bestimmter Typ von Gehirnzellen den Lichtschalter einbaut, während die anderen ihn ignorieren. So haben mehrere Forschergruppen nur die Nervenzellen angeschaltet, die das Glückshormon Dopamin verwenden. Damit lassen sich Zusammenhänge im Gehirn besser aufklären.
Zellen, die am Suchtverhalten schuld sind
„Meine Kollegen aus Genf konnten eindeutig zeigen, welche Zellen im Gehirn einer Maus am Suchtverhalten beteiligt sind“, berichtet Hegemann. Wenn dieser Zelltyp durch Licht aktiviert wurde, löste es das Suchtverhalten der Maus aus. Sie schlug immer wieder gegen einen bestimmten Knopf, obwohl sie gleichzeitig dafür bestraft wurde. Ähnliche Studien gibt es auch für Aggressivität, Alkoholismus, den Futtertrieb, den Schlaf oder das Sozialverhalten der Tiere. Die Ergebnisse sind meistens überraschend und gehen weit über das hinaus, was Neurowissenschaftler bisher entdecken konnten.
Aber die Forschung stünde noch an den Anfängen, erklärt Hegemann. „Es ist nicht unsere Absicht, zu manipulieren“, sagt er. Es gehe um Grundlagenforschung am Mäusegehirn, das mit 75 Millionen Nervenzellen im Vergleich zum Menschen nur ein Hunderstel ausmacht und trotzdem ein großes Rätsel geblieben ist. Deshalb dämpft Hegemann auch die Hoffnung auf Lichttherapien für Parkinson, Schizophrenie, Epilepsie oder schwere Depressionen. „Der Fadenwurm hat nur 302 Gehirnzellen, und wir haben trotzdem noch nicht verstanden, wie diese arbeiten“, sagt der Biophysiker. Doch ohne Zweifel werden die Erkenntnisse aus der Maus den Schlüssel zu neuen Medikamenten liefern, sobald mehr über die Proteine und Botenstoffe des Gehirns bekannt ist.
Was das Hirn reguliert
Es scheint offensichtlich, dass die Optogenetik eine alte Debatte der Hirnforschung erwecken wird: nämlich die Frage, wie unser Gehirn reguliert wird, wer unser Verhalten prägt. Sind Angst, Aggressivität oder Sozialverhalten die Folge von Erziehung, freiem Willen und dem, was wir gern Bewusstsein nennen? Oder sind die Tränen, die wir weinen, nicht mehr als das Ergebnis einer Überaktivität der Nervenzellen?