Reise ins Innere

Von der Reise ins Innere des menschlichen Gehirns und nieder- sowie hochfrequenten Elektroschocks - Exkursion der Arbeitsgemeinschaft Molekular- und Neurobiologie an das Institut für Physiologie und Pathophysiologie der medizinischen Fakultät der Universität Heidelberg

Am 9. November 2021 besuchte eine Gruppe von elf Schüler/innen der Kursstufe des Albertus-Magnus-Gymnasiums Ettlingen die Uni Heidelberg, um den Schulstoff Neurobiologie aus einer praktischen Forscherperspektive und am eigenen Leib veranschaulicht zu bekommen.

Zunächst begrüßte uns Herr Prof. Draguhn sehr freundlich und erläuterte an einem echten Schnitt durch das menschliche Gehirn dessen Aufbau und Funktion. Einige Gehirnregionen wurden eindrucksvoll am (nicht mehr) lebenden Objekt veranschaulicht. Zum Beispiel werden Sinneseindrücke zuallererst durch die Amygdala emotional bewertet bevor sie uns bewusst werden. Der Hippocampus filtert aus der Informationsflut, deren wir unserer Sinnesorgane sei Dank ausgesetzt sind, diejenigen Details heraus, die es in unser Bewusstsein schaffen. Eine Führung durch das Labor, bei der wir Apparaturen gezeigt bekamen, mit denen man Nervenimpulse in Zellkulturen bis ins molekulare Detail sehr präzise messen kann, rundete unsere Einführung ab.

Herr Dr. Both erklärte den Aufbau der äußeren Hirnrinde, die zwar nur wenige Millimeter dick ist, aber sehr wesentlich für unsere rationalen Fähigkeiten verantwortlich ist. Dort bündeln sich Nervenbahnen, deren elektrische Impulse sich rhythmisch synchronisieren. Außen an den Nervenzellen entstehen Ausgleichsströme, die man mit Elektroden auf der Kopfhaut messen kann. Diese Messungen werden in Beziehung gesetzt mit einfachen Bewegungen, wie zum Beispiel das Öffnen und Schließen der Augen. Isoliert man für die eigene Diagnostik relevante Bereiche der aufgezeichneten Verläufe der ‚Hirnstromkurven‘, erlaubt das eine Aussage über die Funktionsfähigkeit einzelner Hirnregionen. Natürlich kann man Nervenimpulse nicht nur am Kopf (EEG), sondern auch am Herz (EKG) und an jedem einzelnen Muskel (EMG) messen.

Mit diesen Methoden lässt sich leider nur an der Oberfläche kratzen. Für (im wahrsten Wortsinn) tiefergehende Messversuche melden sich erfahrungsgemäß nur wenige bis gar keine freiwilligen Versuchspersonen und es gäbe eine Reihe von nicht klärbaren ethisch moralischen Dilemmata.

Eine Methode, die einen tieferen Blick ins Wirbeltiergehirn erlaubt, ist die Fluoreszenzmikroskopie. Frau Sackmann erlaubte uns einen Blick auf mikroskopische Schnitte durch das Mäusegehirn. Durch vorherige genetische Manipulationen wurden spezifischen in der Nervenzellmembran vorkommenden Proteinen Fluoreszenzfähigkeit verliehen. Beleuchtet man den mikroskopischen Schnitt mit einer fluoreszenzauslösenden Lichtqualität, beginnen die spezifisch markierten Bereiche, Licht in einer jeweils anderen Farbe zu reflektieren. Auf diese Weise lassen sich verschiedene Arten von Nervenzellen präzise markieren. Man kann beobachten, wie sie sich im Gehirn vernetzen, wie sie mit anderen Neuronen interagieren und wie Nervenbahnen verlaufen.

Ein Austausch mit den Doktoranden und Doktorandinnen der Arbeitsgruppe erlaubte den Schüler/innen einen sehr aufschlussreichen Blick auf das System Universität aus der Perspektive junger Menschen.

Abschließend führte Herr Dr. Titz mit den Schüler/innen ein Praktikum zur Elektrophysiologie durch. Elektrische Potenziale nach Auslösung des Muskeldehnungsreflexes, des Herzmuskels, Bewegungen der Augenmuskeln beim Lesen wurden mit Elektroden gemessen und als Kurven dargestellt. Über eine Elektrode wurden elektrische Impulse auf die Daumenmuskulatur appliziert und diese dadurch zum Zucken veranlasst. Durch Regulierung der Impulsfrequenz konnten die Schüler/innen ihre Daumen schneller oder langsamer zucken lassen. Beim einen oder anderen blieb ein Muskelkater am Daumen nicht aus. Die Betrachtung eines für das visuelle System sowie den Hippocampus nicht eindeutig interpretierbaren Bildes durch Farbbrillen zeigte, wie Informationen vom Gehirn gefiltert werden bevor sie ins Bewusstsein gelangen und wie man diesen Mechanismus ‚austricksen‘ kann.

Herrn Prof. Draguhn, Frau Bechtel und der gesamten Arbeitsgruppe wollen wir für dieses Highlight im Programm unserer Arbeitsgemeinschaft sowie für die uns als Schule entgegengebrachte Offenheit sehr herzlich danken.

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