Wie werden die Nervenzellen im Gehirn gezählt?

1. Einleitung
2. Herkömmliche Methoden zur Zellzählung
3. Die Isotropische Fraktionierung (Isotropic Fractionator)
4. Weitere Verfahren und Technologien
5. Fazit

Einleitung

Die Frage, wie viele Nervenzellen (Neuronen) das menschliche Gehirn besitzt, beschäftigt Wissenschaftler seit Jahrzehnten. Die Ermittlung der genauen Anzahl ist keine einfache Aufgabe, da das Gehirn ein äußerst komplexes und dicht gepacktes Organ ist. Die Nervenzellen sind eng verflochten mit anderen Zelltypen, insbesondere Gliazellen, was eine präzise Unterscheidung erschwert. Zudem variieren die Zellzahlen zwischen verschiedenen Individuen und sogar in unterschiedlichen Hirnregionen.

Herkömmliche Methoden zur Zellzählung

Traditionell wurden Nervenzellen unter dem Mikroskop anhand histologischer Schnitte gezählt. Hierbei wird das Gehirngewebe in dünne Scheiben geschnitten, gefärbt und mit Hilfe eines Mikroskops untersucht. Früher wurden Zellen manuell gezählt oder Schätzmethoden wie das sogenannte Abercrombie-Verfahren angewendet, um eine ungefähre Anzahl zu ermitteln. Diese Techniken sind jedoch zeitaufwendig und anfällig für Fehler, da sie auf Sampling beruhen und vom individuellen Zähler abhängig sind.

Die Isotropische Fraktionierung (Isotropic Fractionator)

Eine moderne und weitverbreitete Methode zur Bestimmung der Neuronenanzahl ist die sogenannte Isotropische Fraktionierung. Dabei wird das Gehirn oder ein bestimmter Gehirnabschnitt zuerst fixiert und anschließend mechanisch so aufbereitet, dass die komplette Zellstruktur aufgelöst wird. Das Ergebnis ist eine homogene Zelllösung, in der alle Zellkerne suspendiert sind. Diese Suspension wird dann mit einem Fluoreszenzfärbemittel markiert, das spezifisch an DNA bindet, so dass alle Zellkerne sichtbar gemacht werden können.

Um speziell Neuronen zu zählen, werden zusätzlich neuronenspezifische Marker, wie z.B. Antikörper gegen das Protein NeuN, eingesetzt. Diese markieren nur neuronale Zellkerne. Mithilfe der Fluoreszenzmikroskopie oder Durchflusszytometrie kann dann der Anteil neuronaler Kerne bestimmt werden. Durch Multiplikation mit der Gesamtzahl aller Zellkerne erhält man die ungefähre Gesamtzahl der Nervenzellen.

Weitere Verfahren und Technologien

Ergänzend zur Isotropischen Fraktionierung existieren bildgebende Verfahren wie die magnetresonanztomographische (MRT) Methoden, die indirekte Hinweise liefern können, jedoch keine exakte Zellzählung erlauben. In der Neurowissenschaft werden außerdem stereologische Methoden angewandt, bei denen in definierten Volumenbereichen des Gewebes zufällig ausgewählte Bereiche unter dem Mikroskop gezählt werden. Diese Stichproben werden dann statistisch hochgerechnet, um auf die Gesamtzellzahl zu schließen.

Fazit

Die genaue Zählung von Nervenzellen ist eine Kombination aus moderner Biochemie, bildgebenden Verfahren und statistischen Methoden. Die Isotropische Fraktionierung hat sich dabei als ein besonders effizienter und vergleichsweise genauer Ansatz etabliert, um sowohl die Gesamtzahl der Zellen als auch die spezifische Anzahl der Neuronen im Gehirn zu bestimmen. Dank dieser Technik konnte inzwischen allgemein anerkannt werden, dass das menschliche Gehirn etwa 86 Milliarden Neuronen enthält.