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Wie nehmen Tiere den dreidimensionalen Raum wahr und wie orientieren sie sich darin? Wie werden sensorische Reize im Gehirn in konkretes Verhalten übersetzt? Diese Fragen wird Dr. Fabian Voigt ab Oktober mit einer neuen Forschungsgruppe am Max-Planck-Institut für die Physik des Lichts und am Max-Planck-Zentrum für Physik und Medizin untersuchen. Um die Verbindung in sich frei bewegenden Tieren sichtbar zu machen und eine neue Generation optischer Mikroskope zu entwickeln, erhält der Neurowissenschaftler einen ERC Starting Grant.
Unser Gehirn ist mit einem durchschnittlichen Gewicht von 1,5 kg und über 23 Milliarden Nervenzellen ein äußerst komplexes Organ. Als wichtigster Bestandteil des zentralen Nervensystems steuert es lebenswichtige Funktionen unseres Körpers und Prozesse wie die Reizverarbeitung und Motorik. Wie genau sensorische Reize im Gehirn jedoch in eine Reaktion umgewandelt werden und ein spezifisches Verhalten auslösen, ist immer noch eine ungeklärte Frage. Zwar können optische Mikroskope die Gehirnaktivitäten von kleineren Modellorganismen aufzeichnen. Unter dem Mikroskop können sich diese Organismen meist aber nicht vollkommen frei bewegen, was nur bedingt Rückschlüsse auf die Informationsverarbeitung im natürlichen Umfeld erlaubt. Dr. Fabian Voigt, Neurowissenschaftler und Mikroskopentwickler, möchte diese Einschränkung nun mit einem neuen Forschungsvorhaben überwinden.
Gehirnentwicklung in Echtzeit beobachten
Dr. Fabian Voigt erforscht, wie neuronale Schaltkreise konkrete Verhaltensweisen bei Lebewesen hervorrufen. Dabei interessiert er sich besonders für den Bezug zur räumlichen Orientierung. Um neuronale Prozesse unter natürlichen Bedingungen beobachten zu können, will Voigt eine neue Generation optischer Mikroskope entwickeln. Für sein Projekt ›KALEIDOSCOPE – Metasurface-based brain observatories‹ hat Voigt einen Starting Grant des Europäischen Forschungsrats (ERC) in Höhe von 2,5 Millionen Euro erhalten. Zusätzlich erhält Voigt aus dem ›Max Planck Transatlantic Program‹ der Max-Planck-Förderstiftung eine weitere Förderung in vergleichbarer Höhe. Das ›Max Planck Transatlantic Program‹ hat zum Ziel, in den USA befindlichen exzellenten Forscher*innen eine wissenschaftliche Karriere in Deutschland zu ermöglichen.
Voigt wird ab Oktober 2026 seine neue Forschungsgruppe mit dem Namen ›Neurophotonik‹ am Max-Planck-Institut für die Physik des Lichts (MPL) und Max-Planck-Zentrum für Physik und Medizin (MPZPM) etablieren. Das interdisziplinäre Team aus Wissenschaftler*innen und Ingenieur*innen verfolgt dabei zweierlei Ziele. Zum einen möchte es neue bildgebende Instrumente entwickeln, mit denen es möglich ist, die Komplexität des Gehirns als Ganzes zu visualisieren und zu untersuchen. Zum anderen erforscht Voigt ungeklärte Fragen der Neurobiologie: Wie können Tiere den dreidimensionalen Raum wahrnehmen und sich relativ zu ihrer Umgebung orientieren? Welche Tiere sind in der Lage, kognitive Karten zu erstellen? Wie entsteht das räumliche Vorstellungsvermögen und wie verändern sie dieses während ihrer Entwicklung?
KALEIDOSCOPE – neue bildgebende Verfahren für die Neurowissenschaften und darüber hinaus
Im ERC-geförderten Projekt KALEIDOSCOPE verbindet Voigt beide seiner Forschungsziele: Sein Team möchte eine neue Generation optischer Mikroskope entwickeln, die die Gehirnaktivität bei sich frei bewegenden Tieren aufzeichnen kann. Das Projekt wird modernste Bildverarbeitung, Mikroskopie und optische Nanostrukturen kombinieren, um ein Tracking-Mikroskop zu entwickeln, das in der Lage ist, die Bewegungen eines Tieres dreidimensional mit außergewöhnlicher Geschwindigkeit und Präzision zu verfolgen und gleichzeitig die Aktivität einzelner Neuronen aufzuzeichnen.
Neue Forschungsheimat an der Schnittstelle von Physik und Medizin: das MPZPM
„Das Max-Planck-Zentrum für Physik und Medizin ist für mich der ideale Ort, um mein Hauptinteresse zu realisieren – die Welten der Photonik und der Neurowissenschaften zusammenzubringen“, sagt Voigt. „Der Zuschuss durch den ERC Grant unterstützt nicht nur den Aufbau meiner Forschungsgruppe. Unsere neuen Instrumente werden als ‚open hardware‘ Projekt frei zugänglich für die wissenschaftliche Community sein und für eine Vielzahl an Fragestellungen nicht nur in den Neurowissenschaften Anwendung finden.“ Voigt trifft am MPZPM auf zwei weitere Forschungsteams, die sich den Neurowissenschaften verschrieben haben. Prof. Kristian Franze, Leiter der Abteilung ›Neuronale Mechanik‹, untersucht mit seiner Arbeitsgruppe, wie zelluläre Kräfte, lokale mechanische Zell- und Gewebeeigenschaften sowie die zelluläre Mechanosensitivität zur Entwicklung des ZNS beitragen. Prof. Tomohisa Toda erforscht, wie altersbedingte Beeinträchtigungen von Neuronen zu neurologischen und psychiatrischen Erkrankungen führen können. Seine Forschungsgruppe ›Neurale Epigenomik‹ möchte grundlegende Mechanismen der Gehirnfunktionen im Alterungsprozess entschlüsseln.
Das MPZPM ist ein kollaboratives Forschungszentrum des MPL, der Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg und des Uniklinikums Erlangen. Während die Anbindung der Labore an das MPL die Nähe zur Photonik und optischen Technologien bietet, findet Voigt am MPZPM mit der Core Facility ›In-vivo Modellsysteme‹ ideale Voraussetzungen für seine Modellorganismen. Diese beherbergt bereits modernste Fischzuchtanlangen für die Zebrafischlarve Danio rerio und den Fisch Danionella cerebrum, einem der kleinsten bekannten Wirbeltiere mit einer Länge von nur einem Zentimeter – die gemeinsam mit Voigt am MPZPM einziehen werden.
Dr. Fabian Voigt
Max-Planck-Zentrum für Physik und Medizin, Erlangen
Leiter der Forschungsgruppe ›Neurophotonik‹
www.mpl.mpg.de / fabian.voigt@mpzpm.mpg.de
Dr. Fabian Voigt
Copyright: Philipp Bethge
Lichtscheibenmikroskop zur Messung neuronaler Aktivität im Gehirn von Zebrafischlarven
Copyright: Eberhard Zangger
Merkmale dieser Pressemitteilung:
Journalisten
Biologie, Physik / Astronomie
überregional
Forschungsprojekte, Personalia
Deutsch
Dr. Fabian Voigt
Copyright: Philipp Bethge
Lichtscheibenmikroskop zur Messung neuronaler Aktivität im Gehirn von Zebrafischlarven
Copyright: Eberhard Zangger
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