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Weitere Forschung des LCSB

Von den Molekülen zur Dynamik des Gehirns

Am LCSB wenden wir solche Methoden auf viele Aspekte der Hirnforschung an. Sei es auf molekularer, zellulärer oder ganzer Gehirnebene; Computermodelle bilden den Kern der Forschung des LCSB. Das Team von Dr. Alex Skupin hat z.B. Modelle des Kalziumsignalwegs sowie der Energieerzeugung in Mitochondrien – den Kraftwerken der Zellen – erstellt. Forscher um von Assistent Prof. Enrico Glaab und Prof. Reinhard Schneider haben mehrere neue Gene entdeckt, die an der Alzheimer-Krankheit bzw. an Epilepsien beteiligt sind. Das Team von Prof. Antonio del Sol konnte mithilfe von Computermodellen vorhersagen, welche molekularen Faktoren geändert werden müssen, um einen Zelltyp in einen anderen umzuwandeln.

Darüber hinaus arbeiten unsere Informatiker um Prof. Jorge Goncalvez eng mit Prof. Frank Hertel, Neurochirurg am Centre Hospitalier de Luxembourg, zusammen, um bessere Methoden zur Platzierung und Anpassung von Elektroden für die Tiefenhirnstimulation bei Parkinson-Patienten zu entwickeln. In einem laufenden Projekt, das von der Michael J. Fox-Stiftung finanziert wird, zielen LCSB-Forscher darauf ab, Deep-Learning-Ansätze auf Daten von Parkinson-Patienten anzuwenden, um die Entwicklung der Krankheit vorherzusagen. Diese und viele weitere Beispiele von LCSBs rechnergestützter Forschung zeigen, dass Modellierungsansätze in vielen unserer Forschungsbereiche einen zentralen Bestandteil bilden und mit experimenteller Arbeit Hand in Hand gehen.

Epilepsy – when the brain fires to much

In our brain 100 billion (10¹¹) of neurons form connections and communicate with one another. Usually, the brain’s activity is in balance. If two brain regions however activate each other continuously, thereby becoming hypersynchronized, people experience seizures. Depending on the brain regions affected, seizures can vary widely in form. People with epilepsy experience unprovoked seizures, although everybody could be affected by seizures caused for instance by long periods without sleep or severe dehydration. Treatment with medications can control seizures but has side effects as they affect brain function in general. In addition, not all people with epilepsy respond to medication; for some surgery is an option.

Den Verlauf der Epilepsie erforschen

Um neue Therapien zu entwickeln, entwickeln unsere Forscher Epilepsiemodelle, mit denen nach neuen Medikamenten gesucht werden kann. Ein solches Modell sind beispielsweise die Larven von Zebrafischen. Dieser kleine Fisch, der aus dem indischen Ganges stammt, weist rund 60% Gene auf, welche in ähnlicher Form auch beim Menschen vorkommen. Dies macht ihn zu einem guten Modell für die Untersuchung genetischer Effekte. Da die Larven transparent sind, können wir epileptische Anfälle mit speziellen Farbstoffen unter einem Mikroskop beobachten und gleichzeitig ihre Gehirnaktivität mit einem EEG aufzeichnen. Auf diese Weise können wir im Detail untersuchen, wie der Anfall beginnt, sich im Gehirn ausbreitet und wieder endet. Mithilfe dieser Methode konnten unsere Forscher nachweisen, dass in einem Zebrafischmodell des Dravet-Syndroms – einer seltenen genetisch bedingten epileptischen Enzephalopathie – eine bestimmte Art von hemmenden Nervenzellen während der Entwicklung verloren geht. Dies führt zu einer Hyperaktivierung des Gehirns und schließlich zu epileptischen Anfällen.

In der Epilepsieforschung kommen auch unsere Informatiker zum Einsatz. Sie entwickeln Algorithmen für maschinelles Lernen, die automatisch erkennen können, wann in einer EEG-Aufzeichnung ein Anfall auftritt, um so später verschiedene Arten von Anfällen klassifizieren zu können. Das ultimative Ziel besteht darin, solche Rechenwerkzeuge zu verwenden, um Frühwarnsignale zu identifizieren, die vorhersagen, wann ein Anfall auftreten wird.

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