Das Labor von Prof. Judkewitz befasst sich mit der Frage, wie das Zusammenspiel vieler Nervenzellen im Gehirn das Verhalten steuert. Das Studium neuronaler Aktivität ist jedoch besonders bei Wirbeltieren aufgrund der Größe und der Opazität ihrer Gewebe eine große Herausforderung. Um diese zu meistern, verfolgt das Labor zwei komplementäre Strategien: die Entwicklung neuer optischer Bildgebungstechniken und die Etablierung des neuen Modellorganismus Danionella, einem durchsichtigen Fisch mit dem kleinsten bekannten Wirbeltiergehirn.
Die optische Bildgebung ist ein zentraler Bestandteil der Arbeit des Labors. Biologische Gewebe sind oft aufgrund der Lichtstreuung undurchsichtig, was die Tiefe der Bildgebung einschränkt. Die Arbeitsgruppe von Prof. Judkewitz hat neue Ansätze in der Wellenfrontformung, der Mehrphotonenmikroskopie und der optischen Zeitumkehr entwickelt, um diese Einschränkungen zu überwinden und eine tiefere Gewebebildgebung zu ermöglichen, die bisher nicht erreichbar war. Diese Fortschritte bieten ein erhebliches Potenzial für breite biomedizinische Anwendungen, wie die Verbesserung der Krankheitsdiagnostik und das Verständnis von Tiefengehirnschaltungen bei Wirbeltieren.
Parallel dazu entwickelt das Labor Danionella als neues Wirbeltiermodell für die Neurowissenschaften. Diese Spezies hat ein winziges, durchsichtiges Gehirn, das sich ideal für die Ganzhirnbildgebung eignet. Trotz ihrer geringen Größe zeigt Danionella komplexe Verhaltensweisen, einschließlich akustischer Kommunikation. Das Labor hat erfolgreich Transgenese, Genomsequenzierung und CRISPR/Cas9-Genomeditierung in Danionella implementiert, was einzigartige Möglichkeiten bietet, die neuronalen Schaltkreise, die dem Verhalten zugrunde liegen, auf Einzelzellebene zu untersuchen.
Mehrere bedeutende Ergebnisse sind aus der geförderten Arbeit des Labors hervorgegangen. Eine im Fachjournal Nature veröffentlichte Studie zeigte, wie Fische in der Lage sind, Schall im Wasser zu lokalisieren, wo traditionelle Mechanismen wie interaurale Zeit- und Pegeldifferenzen aufgrund der Eigenschaften der aquatischen Umgebung weniger effektiv sind. Eine weitere Studie, veröffentlicht in PNAS, untersuchte, wie Danionella trotz ihrer geringen Größe extrem laute Geräusche erzeugt, und nutzte dazu ultraschnelle Video- und molekulare Analysen, um die Mechanismen hinter diesem Phänomen zu entschlüsseln. Zusätzlich veröffentlichte das Labor eine Studie im Journal of Experimental Biology über die Entwicklung der Schallerzeugung in Danionella, die aufzeigt, wie diese Fähigkeit bereits früh im Leben entsteht.
Darüber hinaus hat das Labor eine fortschrittliche Methode für hochgeschwindigkeits 3D-Scans entwickelt. Diese Methode ermöglicht die Messung neuronaler Aktivität mit beispielloser Geschwindigkeit und Auflösung und erleichtert detaillierte Untersuchungen der gehirnweiten neuronalen Aktivität in Echtzeit.
Diese Ergebnisse stellen wichtige Fortschritte im Verständnis der neuronalen Schaltkreise und des Verhaltens von Wirbeltieren dar und unterstreichen die Beiträge des Labors sowohl zurtechnologischen Innovation als auch zur biologischen Entdeckung.