Konnektom

Als Konnektom wird die Gesamtheit der neuronalen Verbindungen eines Organismus bezeichnet. Die Kartierung ermöglicht die Untersuchung von spezifischen Schaltkreisen und Synapsen des Nervensystems, um neurologische Prozesse und Zusammenhänge besser verstehen zu können.

Die Analyse des Konnektoms spielt eine wichtige Rolle in der neurologischen Forschung. Mithilfe eines Elektronenmikroskops können 3D-Aufnahmen mit Nanometer-Auflösung erstellt werden, welche die Rekonstruktion neuronaler Verschaltungen ermöglichen. So konnten beispielsweise die Nervensysteme beider Geschlechter des Fadenwurms Caenorhabditis elegans erstellt und verglichen werden. Unterschiede wurden sowohl zwischen einzelnen Neuronen als auch zwischen synaptischen Verbindungen gefunden.^[1]

Eine komplette Darstellung des Konnektoms des Larvengehirns der Taufliege Drosophila melanogaster zeigt insgesamt 3.016 Neuronen mit etwa 548.000 Synapsen. Dies dient der Erforschung grundlegender Verhaltensmuster.^[2] Derzeit (2024) arbeiten Forschungsgruppen an der Kartierung des adulten Fliegengehirns, das mit etwa 200.000 Neuronen ein weitaus komplexeres Verschaltungsmuster aufweist.^[3]

Mit einem anderen Ansatz werden die Nervenzellen im Gehirn der Maus kartiert. Genetisch veränderte Viren werden in verschiedene Bereiche des Gehirns injiziert. Diese werden von den umliegenden Neuronen aufgenommen. Durch die Expression des grün fluoreszierenden Proteins (GFP) kann man die infizierten Nervenzellen lichtmikroskopisch verfolgen.

Zur Etablierung des humanen Konnektoms werden verschiedene "Human Connectome Projects" unter der "Connectome Coordination Facility" (CCF) zusammengefasst. Mehrere Forschungsgruppen arbeiten an der Kartierung des menschlichen Gehirns, die u.a. Daten des sich entwickelnden und alternden Gehirns untersuchen. Darüber hinaus werden neuronale Kartierungen zu verschiedenen Krankheitsbildern erstellt, darunter Alzheimer-Krankheit, Angst und Depression, Epilepsie sowie verschieden Erkrankungen des visuellen Systems.^[4]