Das menschliche Gehirn ist ein komplexer biologischer Prozessor, der aus einem Netzwerk von Milliarden Neuronen besteht. Die Entfaltung der inneren Abläufe des Geistes bleibt jedoch eine Herausforderung für die Wissenschaftler. Sie entwickeln oft vereinfachte Modelle, um ihre Geheimnisse zu enthüllen.

Forscher des Institute of Industrial Science der Universität Tokio haben nun ein Modell mit mikroskopischen Platten zum Wachsen und Verbinden von Neuronen, Zelle für Zelle, im wahrsten Sinne des Wortes erstellt.

In der Regel wird bei der Forschung am Gehirn ein Netz von Neuronen durch "In-vitro-Kulturen" gezüchtet, die wie eine abgespeckte Version des menschlichen Gehirns funktionieren, die chemisch oder elektrisch manipuliert werden kann.

In-vitro-Kulturmodelle leiden jedoch unter dem Problem unkontrollierbaren Wachstums, bei dem Neuronen beginnen, zufällige Verbindungen miteinander herzustellen. Diese Neigung der Neuronen macht es schwierig, das Gehirngewebe zu beobachten.

Bei einer genauen Untersuchung des Verhaltens von Neuronen fanden sie heraus, dass Gehirnzellen durch geometrische Muster auf organisierte Weise gezüchtet werden können. So schufen sie eine mikroskopische Platte aus "synthetischem Neuron-Klebstoff-Material", um die Zellentwicklung zu steuern.

Die kreisförmige Platte hat zwei hervorstehende Rechtecke, die einer Perle an einer engen Schnur ähneln. Wenn ein Neuron auf der Mikroplatte platziert wird, rastet der Körper der Zelle am Kreis ein, während Axon und Dendriten (die die Kommunikation untereinander erleichtern) entlang der Rechtecke wachsen.

Da die Mikroplatten beweglich sind, können sie physisch herumbewegt werden, um Verbindungen mit anderen Neuronen auf die gewünschte Weise herzustellen. Als Nächstes testeten die Forscher die verbundenen Neuronen, um zu sehen, ob sie ein Signal übertragen konnten, und es funktionierte!

"Wir glauben, dass die Technik uns letztendlich erlauben wird, einfache Neuronennetzwerkmodelle mit Einzelzellenauflösung zu entwerfen", sagte Shoji Takeuchi, der leitende Forscher dieses Projekts. "Es ist eine aufregende Perspektive, da es viele neue Forschungsmöglichkeiten eröffnet, die mit unserer aktuellen Suite experimenteller Tools nicht möglich sind."

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