Willkommen bei der Forschungsgruppe Neurophotonik
Das menschliche Gehirn ist äußerst komplexes Organ. Das Verständnis seiner Struktur und Funktion ist von zentralem Interesse für Wissenschaftler*innen unterschiedlichster Disziplinen. Besonders hilfreich sind optische Mikroskopieverfahren, die Unsichtbares sichtbar machen.
Wir sind eine stark interdisziplinäre Gruppe aus Wissenschaftler*innen und Ingenieur*innen mit dem Ziel, bessere Instrumente zu entwickeln, um Gehirnen bei der Arbeit zuzusehen und zu verstehen, wie die einzelnen Nervenzellen – sogenannte Neurone – miteinander verschaltet sind. Auf der technologischen Seite möchten wir die neuesten Innovationen aus der Photonik in Mikroskopieverfahren übersetzen. Aus biologischer Sicht untersuchen wir, wie sich kleine aquatische Lebewesen wie zum Beispiel Fischlarven im dreidimensionalen Raum orientieren. Wie weiß eine winzige Zebrafischlarve, wie weit sie von der Wasseroberfläche entfernt ist? Wie wird dieser Raum im Fischgehirn interpretiert, und wie verändert sich das räumliche Vorstellungsvermögen im Laufe der Entwicklung? Mit einer Kombination aus Nanophotonik, optischer Entwicklung, Verhaltensverfolgung und -modellierung sowie Messungen neuronaler Aktivität wollen wir umfassender verstehen, wie Fische sich an komplexe 3D-Umgebungen anpassen – und dabei breit anwendbare Bildgebungsverfahren für Biologie und Medizin entwickeln.
Forschungsüberblick
Die Forschungsgruppe ›Neurophotonik‹ hat sich zum Ziel gesetzt, eine Brücke zwischen zwei Fachgebieten zu schlagen: der Photonik sowie der Systemneurowissenschaft. In der Photonik werden neue Bildsensoren, Geräte und bildgebende Verfahren entwickelt, während die Systemneurowissenschaft untersucht, wie neuronale Schaltkreise entstehen und Informationen verarbeiten.
Eine der faszinierendsten Fragen der Systemneurowissenschaft betrifft die Art und Weise, wie Tiere den Raum wahrnehmen und sich relativ zu Orientierungspunkten orientieren. Wir planen, zwei kleine Wirbeltier-Modellorganismen – die Zebrafischlarve Danio rerio und den erwachsenen Fisch Danionella cerebrum – zu nutzen, um Orientierungsverhalten in aquatischen 3D-Umgebungen zu untersuchen. Uns interessiert insbesondere die Entwicklung schneller 3D-Verhaltensverfolgungsmethoden sowie leichter Tracking-Mikroskope zur Messung der neuronalen Aktivität in sich frei bewegenden aquatischen Tieren. Um Aktivitätsaufzeichnungen mittels Kalzium-Imaging mit der neuronalen Morphologie in Verbindung zu bringen, entwickeln wir zudem fortschrittliche Lichtblatt-Verfahren zur Bildgebung großer, geklärter Gewebeproben.
Unsere Projekte
- mesoSPIM-Initiative: ein globales Open-Hardware-Projekt, das der Bioimaging-Gemeinschaft leistungsfähige Lichtblatt-Mikroskope für die Bildgebung von geklärtem Gewebe zur Verfügung stellt
- Schmidt-Objektiv: ein neuartiges reflektierendes Multi-Immersions-Mikroskopobjektiv, dessen Design sowohl vom Auge der Jakobsmuschel als auch von der Bauweise astronomischer Teleskope inspiriert ist
- KALEIDOSCOPE: ein vom ERC gefördertes Projekt zur Entwicklung gemeinsam nutzbarer Technologien zur Darstellung der Gehirnaktivität bei kleinen, sich frei bewegenden Tieren wie Zebrafischlarven
