Bildgebung mit gestreutem Licht
Wir untersuchen neue Bildgebungstechniken für die Hirnforschung, die die Streuung von Licht nutzen, um komplexe Gewebestrukturen und Nervenfaserkonstellationen sichtbar zu machen. Basierend auf Simulationen mit modernsten Hochleistungsrechnern entwickeln, bauen und testen wir neue Messapparaturen.
Simulation von Lichtstreuung
Um die Streuung von Licht an bekannten Nervenfasermodellen zu analysieren, verwenden wir einen elektrodynamischen Simulationsansatz. Die Simulationen zeigen, dass die Abschwächung des Lichts davon abhängt, wie das Licht relativ zur Nervenfaserrichtung polarisiert ist – ein Effekt, der als „Diattenuation“ bezeichnet wird. Außerdem ergeben sich charakteristische Streumuster (s. Abb.), welche Rückschlüsse auf die Orientierungen von kreuzenden Nervenfasern zulassen.
Diattenuation Imaging (DI)
Unsere Bildgebung „Diattenuation Imaging“ (DI) ermöglicht es, verschiedene Gewebetypen sichtbar zu machen. Dazu werden Hirnschnitte mit linear polarisiertem Licht durchleuchtet (a) und die Ergebnisse mit Nervenfaserrichtungen von 3D-PLI verglichen: Regionen in grün bzw. lila (s. Abb.) lassen am meisten bzw. wenigsten Licht durch (b), wenn das Licht parallel zur Faserrichtung polarisiert ist. Wie sich das Gewebe verhält, hängt von der Zeit ab, die nach Eindeckung der Gehirnschnitte vergangen ist (c) und von anderen Eigenschaften wie z.B. dem Durchmesser der Nervenfasern.
Scattered Light Imaging (SLI)
Bei unserer neu entwickelten Methode „Scattered Light Imaging“ (SLI) werden Hirnschnitte aus verschiedenen Richtungen durchleuchtet und eine Kamera misst jeweils das senkrecht auftreffende Licht (a). Die Positionen der Maxima in den resultierenden Intensitätsprofilen (b) liefern für jeden Bildpixel die Richtungen der (kreuzenden) Nervenfasern in dem gemessenen Hirnschnitt (c). Um eine voll-automatisierte Auswertung der Messergebnisse zu ermöglichen, wurde eine eigene Software entwickelt (SLIX – Scattered Light Imaging ToolboX).
