Wie steuert unser Gehirn Gefühle, Verhaltensweisen und Körperfunktionen? Lange Zeit waren die Vorgänge in unserem Denkorgan ein Rätsel. Erst mithilfe moderner Methoden wie Hirnstrommessungen und Magnetresonanztomografien konnten Neurowissenschaftler erste Einblicke in die Arbeitsweise des Gehirns erhalten, beispielsweise darüber, welche Hirnregionen für welche Aufgaben zuständig sind und wie die Areale miteinander vernetzt sind. Doch die daraus gewonnenen Erkenntnisse glichen noch immer eher einer groben Skizze.
Meilenstein für die Neurowissenschaft
Mit der noch neuen Methode der Optogenetik hat sich dies jedoch geändert. „Die Optogenetik eröffnet Möglichkeiten, das Gehirn auf eine Weise zu kartieren, von der wir einst nur träumen konnten“, sagt Per Svenningsson, Vorsitzender des Nobelkomitees für Physiologie oder Medizin. Denn durch die Optogenetik lassen sich einzelne Neuronen, Areale oder Hirnschaltkreise gezielt aktivieren oder deaktivieren. Dadurch lässt sich erstmals im Detail nachverfolgen, welche komplexen neurophysiologischen Prozesse unserem Denken und Fühlen zugrunde liegen.
„Die Möglichkeit, gezielt einzelne Nervenzelltypen im Gehirn zu aktivieren, hat unser Verständnis dieses erstaunlichen Organs grundlegend gewandelt“, erklärt das Nobelpreiskomitee. Mithilfe dieser Methode haben Forschende beispielsweise die neuronalen Schaltkreise identifiziert, die unser Schmerzempfinden, den Durst und Appetit, Süchte oder unsere Aufmerksamkeit und unser Sozialverhalten regulieren. Auch die neuronale Basis wichtiger interner Körperprozesse hat sie Optogenetik im wahrsten Sinne des Wortes beleuchtet.
Peter Hegemann: Eine Grünalge machte den Anfang
Die Geschichte der Optogenetik beginnt mit einer Frage, die sich Peter Hegemann vom Max-Planck-Institut für Biochemie in Martinsried in den 1990er Jahren stellte: Wie erkennt die einzellige Grünalge Chlamydomonas das Licht und schwimmt gerichtet darauf zu? Um dies herauszufinden, untersuchte Hegemann den rötlichen Augenfleck dieser Alge mithilfe winziger Elektroden. Er stellte fest, dass dieser Fleck nahezu instantan auf Beleuchtung reagierte: Schon eine halbe Millisekunde nach Ankunft des Lichts entstand ein elektrischer Impuls.
