Neurowissenschaft macht Schule

Eine Woche bei den Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern des SFB 874

Ein wenig aufgeregt war sie schon, als Emelie kurz vor den Sommerferien den Campus betrat und sich auf den Weg zum Gebäude GAFO machte.

Eine Woche Schulpraktikum lag vor ihr – in den Laboren des SFB 874. „Es war schon lang mein Wunsch ein Praktikum im Labor zu machen. Bisher war ich aber zu jung dafür“, erläutert Emelie, die an der Schule Biologie als Leistungskurs belegt hat. „Jetzt bin ich sehr gespannt darauf, was auf mich zukommt.“

Fünf Tage lang bekam die Schülerin aus Sprockhövel ein abwechslungsreiches Programm an der Ruhr-Uni Bochum geboten: Neuronale Grundlagen des Lernens in der Arbeitsgruppe von Prof. Dr. Jonas Rose, das Stresslabor im Bereich von Prof. Dr. Oliver Wolf und die Biopsychologie am Lehrstuhl von Prof. Onur Güntürkün.

Auf dem Stundenplan standen Mikroskopieren, Skinner-Box Training, Immunhistochemie und die Teilnahme an Stresstests und Verhaltensexperimenten. „Während mir alles sehr gefallen hat, fand ich die neurophysiologischen Untersuchungen mit den Tauben am spannendsten“, resümiert die 18jährige, die im nächsten Jahr ihr Abitur macht.

Ich werde diesen Pfad weiter verfolgen und könnte mir gut vorstellen nach meinem Abi in den Neurowissenschaften zu starten.

Emelie, Abiturientin und für eine Woche Schulpraktikantin am SFB 874

Die Betreuung von Praktikantinnen und Praktikanten ist dabei für beide Seiten ein Gewinn.

„Der SFB 874 ist immer gern bereit, ernsthaft interessierten Schülerinnen und Schülern im Rahmen eines Praktikums Einblicke in den Forschungsalltag zu gewähren. Schließlich sind die Schülerinnen und Schüler von heute die Neurowissenschaftler von morgen und ein wichtiger Multiplikator“, so Ursula Heiler, Teilprojektleiterin Öffentlichkeitsarbeit beim SFB 874.

Im Rahmen der zdi-Kooperation haben SFB-Forscherinnen die wissenschaftliche Betreuung von Facharbeiten und – projekten mit neurowissenschaftlichen Themen übernommen. Typisch für diese Initiative sind praxisnahe Projekte, in denen Schülerinnen ihre eigene wissenschaftliche Fragestellung entwickeln können. Teil unserer Kooperation sind außerdem die Berufsorientierungsveranstaltungen des Bochumer Ingenieurforums BO.Ing. Schülerinnen der gymnasialen Oberstufe kommen an die Bochumer Hochschulen und belegen Vorlesungen, Laborführungen und Workshops in den MINT-Fächern Mathematik, Informatik, Naturwissenschaften und Technik. Forscherinnen des SFB 874 haben dabei folgende Workshops angeboten:

• 2019: „Kleine Zellen ganz groß –Virtuelle Mikroskopie von Hirnschnitten“

Mit Hilfe des virtuellen Mikroskops unternehmen die Schüler*innen eine Reise durch den menschlichen Körper und lernen die wichtigsten Strukturen und Zelltypen des Nervensystems kennen.

• 2020: „Hirnforschung in der virtuellen Realität (VR)“

In diesem Workshop führen die Schüler*innen mit VR Brillen und Elektroenzephalografie (EEG) ihr eigenes Experiment in der virtuellen Realität durch und werten anschließend die Daten selbst aus.

Interview
Schnupperpraktikum im SFB 874
Drei Wochen zwischen Vogelgehirnen und EEG-Geräten .

Die Abiturientin Kathrin Elmenhorst (19) konnte im Rahmen eines dreiwöchigen Praktikums in die verschiedenen Forschungsbereiche des SFB 874 hineinschnuppern und erzählt uns im Interview von ihren Erfahrungen.

Wie bist du auf die Idee gekommen, ein Praktikum im Sonderforschungsbereich 874 zu machen?

Nach dem Abitur bin ich erst mal ins Ausland gegangen – nach Chile. Dort habe ich jemanden getroffen, der Psychologie studiert und mich lange mit ihm darüber unterhalten. Mir wurde klar, dass Psychologie eine viel größere naturwissenschaftliche Komponente hat, als ich vorher dachte. Das hat mir gefallen und durch das Praktikum wollte ich jetzt herausfinden, ob ein Psychologiestudium etwas für mich wäre.

In deiner ersten Woche im Praktikum warst du in der Abteilung für Kognitionspsychologie – was hast du dort erlebt?

Ich war sehr überrascht, wie viel Zeit sich die Leute für mich genommen haben. Das gilt aber nicht nur für die erste Woche, sondern für das ganze Praktikum. Im Labor von Professor Wolf haben mir die Doktoranden zum Beispiel ganz genau erklärt, woran sie gerade forschen und ich durfte bei verschiedenen Vorlesungen und Seminaren mit dabei sein. Gerade die verschiedenen Methoden mit denen man im Labor Stress bei den Probanden auslöst, haben mich dabei fasziniert.

Im Anschluss warst du in der Abteilung für Biopsychologie – was hat dir dort am besten gefallen?

Ich durfte zum Beispiel beim Experimentalpraktikum dabei sein und sehen wie die histologische Färbung von Hirnschnitten funktioniert. Und dann konnte ich noch beim Präparieren eines Vogelgehirns helfen – das war wirklich spannend! Ich hätte nicht gedacht, dass das Gehirn von Vögeln dem menschlichen Gehirn so ähnlich sieht, auch wenn der Aufbau ja unterschiedlich ist.

Welche Station kam danach?

In der dritten Woche war ich zuerst in der Arbeitsgruppe für Entwicklungsneuropsychologie bei Sarah Weigelt. Dort konnte ich dabei sein, als neue Probanden für eine Studie rekrutiert wurden. Das fand ich besonders gut, weil ich so alle Schritte der Forschung während meines Praktikums miterleben konnte. Von der Planung über die Rekrutierung von Probanden bis zur Durchführung und Auswertung. Jeder dieser Schritte ist wichtig für einen Wissenschaftler. Außerdem habe ich zum Beispiel eine Vorlesung über die Autismus-Spektrum-Störung von Frau Weigelt gehört – die war auch richtig spannend.

Und was hast du in den letzten beiden Tagen des Praktikums im Neural Plasticity Lab des Instituts für Neuroinformatik erlebt?

Zuerst wusste ich gar nicht, was ich von der Neuroinformatik erwarten sollte. In der Schule kommt man mit dem Thema ja auch gar nicht in Berührung. Ich war dann bei einer EEG-Studie zum Thema Neurofeedback dabei und habe gemerkt, dass ich gerade den Umgang mit den verschiedenen Computerprogrammen in diesem Forschungsgebiet unheimlich spannend finde. Daran würde ich im Studium gern weiter arbeiten.

Und weißt du nach dem Praktikum genauer, was du studieren willst?

Ich finde die Entscheidung für einen Studiengang richtig schwer, weil es so viele tolle Möglichkeiten gibt. Ich kann mir gut vorstellen, dass ich Spaß an einem Psychologiestudium hätte, aber vielleicht möchte ich auch einen Studiengang wählen, bei dem der Fokus noch mehr auf den Neurowissenschaften liegt. So ganz sicher bin ich da noch nicht.

Interview: Judith Merkelt-Jedamzik

In den Abteilungen Neurobiologie, Neuropsychologie und Neuroinformatik, sowie in der Neurologischen Klinik am Bergmannsheil Uniklinikum konnten die Schülerinnen sehen und ausprobieren, wie man mit ganz unterschiedlichen Methoden und Herangehensweisen die faszinierende Welt des Gehirns erforschen kann. Ihre Eindrücke hat eine Schülerin für uns aufgeschrieben, ihr Bericht ist unten nachzulesen. Wir bedanken uns bei den Wissenschaftlern, die sich für die Gäste Zeit genommen und so anschaulich und begeisternd über ihre Arbeit gesprochen haben.

Erfahrungsbericht

„Was geht einem durch den Kopf, wenn man an Neurowissenschaften denkt? Vielleicht denkt man, dem halbwegs vorhandenen Vorwissen aus „Grey’s Anatomy“ sei Dank, an den groben, anatomischen Aufbau eines Gehirns. Vielleicht fallen einem sogar die Neuronen ein, ein Begriff, der im Biologieunterricht irgendwann einmal gefallen ist.

Was ich in den vier Tagen des Neurowissenschafts-Projekts gelernt habe, ist jedoch, dass die Neurowissenschaften viel umfangreicher sind, als ich es mir zu Beginn vorgestellt habe. Generell waren die Einblicke, die ich bekommen habe, anders, als ich es am Anfang erwartet habe.

Tag 1 & 2: Neurobiologie, Neuropsychologie – Von all den kennengelernten Themengebiete der Neurowissenschaften muss ich zugeben, dass mich Neurobiologie am wenigsten überrascht hat; was allerding keineswegs negativ zu sehen ist. Die informative Vorlesung beschäftigte sich genau mit dem, was ich erwartet hatte und wofür ich mich interessiere. Doch während die Neuropsychologievorlesung am zweiten Tag größtenteils eher eine Unterrichtswiederholung der zehnten Klasse in Pädagogik darstellte, kann ich durchaus sagen, am ersten Tag etwas über das Gehirn und dessen Funktionsweise gelernt zu haben, das mir bis dato zu mindestens nicht hundertprozentig schlüssig war.

Tag 3 & 4: Neuroinformatik, Neuromedizin – Da sich am Tag der Neuroinformatikvorlesung die Computer spontan zu einem Streik hinreißen ließen, blieb uns leider eine praxisnahe, eigene Erarbeitung der zuvor dargelegten Forschungsergebnisse der Ruhr-Universität verwehrt. Der vierte Termin war leider schon der letzte des Projektes, doch es war ein spannendes Ende, mit einem MRT-Besuch als Höhepunkt des ganzen Tages.

Neben dem Besuch im MRT konnten wir während der Projekttage natürlich durchaus mehrere, interessante Versuche durchführen: vom mikroskopischen Arbeiten an Zellen bis hin zur Veranschaulichung eines echten Gehirns im MRT.

Jetzt lässt sich meiner Meinung nach nur noch folgendes sagen: Nämlich, dass ich es nicht bereue, ganz im Gegenteil, dass ich sogar froh darüber bin, an diesem Projekt teilgenommen zu haben, denn auch wenn wir an diesen vier Tagen größtenteils nur an der Oberfläche der Bandbreite der Neurowissenschaften kratzen konnten, haben wir trotzdem vieles über die Neurowissenschaften erfahren können. Praxisnah.

Und hier möchte ich mich im Namen der Teilnehmer bei denjenigen bedanken, die sich für uns die Zeit genommen haben, uns deren Gebiet der Neurowissenschaften näher zu bringen. Vielen Dank für die schönen Tage!“

Vor ihnen steht der Star des heutigen Tages und der Stolz des RUB Research Department of Neuroscience: ein 3 Tesla Magnetresonanz-Tomograph. Ein tonnenschweres Gerät, das vor knapp fünf Jahren an einem Kran in das Universitätsklinikum Bergmannsheil schwebte und seitdem im Zentrum vieler spannender neurowissenschaftlicher Forschungsprojekte steht. Das extrem starke 3 Tesla Magnetfeld (üblich in Kliniken sind 1,5 Tesla) ermöglicht sehr detail- und kontrastreiche Aufnahmen des Gehirns bei deutlich reduzierter Untersuchungszeit. Bereits ein halb so starker Magnet kann mühelos ein Auto anheben – daher ist es wichtig, dass man keine noch so kleinen Metallgegenstände am Körper trägt.

Der Besuch in der Klinik für Neurologie ist der letzte Termin des Schulprojektes „Neurowissenschaften“, das der SFB 874 mit der Theodor-Körner-Schule in Bochum durchführt. Nach Neurobiologie und Neuropsychologie steht heute die hochmoderne funktionelle MRT-Technik auf dem Programm. Rede und Antwort steht den Schülern dabei Prof. Dr. Schmidt-Wilcke. Er ist Oberarzt am Bergmannsheil, aber auch Teilprojektleiter im SFB 874 und arbeitet täglich am 3 Tesla Kernspintomographen. „Wir möchten dem Gehirn bei der Arbeit zusehen“, erklärt er und beschreibt den Schülern, wie die Forscher mit dem MRT neuronale Aktivität sichtbar machen können. Dabei nutzen die Wissenschaftler die unterschiedlichen magnetischen Eigenschaften von sauerstoffreichem und sauerstoffarmem Blut – den sogenannten BOLD-Effekt. Wird das Gehirn stimuliert, erhöht sich im entsprechenden Hirnareal der Blutfluss, das Verhältnis von sauerstoffreichem zu sauerstoffarmen Blut verändert sich, und es kommt zu minimalen Magnetfeldveränderungen. Vergleicht man anschließend die Aufnahmen des stimulierten Gehirns mit einer Aufnahme im „Ruhezustand“ kann man mithilfe statistischer Testverfahren die stimulierten Areale am Computer darstellen.

Und dann heißt es schon „Freiwillige vor!“, denn die Schüler sollen nicht nur die Theorie kennenlernen, sondern auch ganz praktisch neurowissenschaftliche Forschung erfahren. So nimmt der 17-jährige Heiko auf der Liege Platz und bekommt von Professor Schmidt-Wilcke den sogenannten „Bird Cage“ aufgesetzt – eine Kopfspule, die hochauflösende Bilder des Gehirns ermöglicht. Während Heiko in der Röhre liegt, beobachten ihn seine Mitschülerinnen gespannt im Kontrollraum. Wie in einer richtigen Versuchsreihe muss Heiko nun verschiedene Aufgaben absolvieren: mit seinem Finger tippen oder in einer Buchstabenreihe Doppelungen erkennen. Dazwischen bekommt er jeweils Pausen, damit sein Gehirn auch im Ruhezustand gescannt werden kann.

Anschließend sitzen Schüler und Forscher zusammen und werten die Aufnahmen von Heikos Gehirn aus. Bis man jedoch ein schönes Bild mit bunten Hirnarealen bekommt, sind einige Berechnungen und statistische Verfahren notwendig. Die Schüler lernen, dass in der neurowissenschaftlichen Forschung Mathematik oft genauso wichtig ist wie Kenntnisse der Anatomie. Schließlich zeigt der Computer das gewünschte Bild von Heikos Gehirn: Hervorgehoben ist der motorische Bereich – die Fingertipp-Übung also!

Mit vielen neuen Eindrücken verabschieden sich die Jugendlichen von Professor Schmidt-Wilcke und seinem Team. Der Blick über die Schulter der Neurowissenschaftler heute und in den vergangenen Wochen hat die Schülerinnen und Schüler abseits des Schullalltags in eine ganz andere Welt geführt. Vielleicht hat die Erfahrung auch den einen oder anderen Forschergeist geweckt, und wir entdecken in ein paar Jahren bekannte Gesichter in den Hörsälen der Ruhr-Universität.

Im Rahmen einer Kooperation zwischen dem SFB 874 und der Bochumer Theodor-Körner-Schule sind bereits zum zweiten Mal vier Schülerinnen und ein Schüler zu Gast an der Ruhr-Universität, um sich über das spannende Forschungsfeld der Neurowissenschaften zu informieren.

Ihr heutiger Gastgeber ist Prof. Dr. Boris Suchan. Er ist Teilprojektleiter im SFB 874 und leitet die Arbeitsgruppe Klinische Neuropsychologie an der RUB. Er erklärt den Schülerinnen und Schülern, dass die Neuropsychologie an der Schnittstelle von Medizin, Neurologie und Psychologie liegt. Die Klinische Neuropsychologie wiederum befasst sich mit der Diagnostik und Behandlung von Störungen nach einer Hirnschädigung. Zu diesem Zweck betreibt die Ruhr-Universität eine eigene neuropsychologische Ambulanz, deren Leiter Professor Suchan ist.

In einem kurzweiligen Vortrag lernen die Schüler wie das Gehirn aufgebaut ist, welche Aufgaben es  übernimmt und was passiert, wenn bestimmte, oft unendlich kleine, Bereiche nicht mehr richtig funktionieren. So gibt es beispielsweise Menschen, die ihre Aufmerksamkeit der Hälfte ihrer Umgebung oder Ihres Körpers nicht mehr zuwenden können. Dieses Phänomen nennen die Neuropsychologen „Neglect“ und es entsteht oft durch eine Schädigung des Parietallappens zum Beispiel infolge eines Schlaganfalls. Obwohl diese Menschen keine Sehstörung haben, können Sie Informationen eines Sehfeldes bzw. einer Körperhälfte nicht verarbeiten. Durch gezielte Therapie kann ihnen jedoch geholfen werden und bei vielen Patienten bildete sich der Neglect teilweise oder sogar vollständig zurück. Anhand von weiteren Beispielen erfahren die Schülerinnen und Schüler wie Neuropsychologen durch Fehlfunktionen des Gehirns mehr über dessen komplexe Funktionsweise lernen – und wie diese Erkenntnisse in Therapien einfließen können.

Wie die moderne Technik bei der Diagnose von solchen Störungen helfen kann, lernen Kathrin und ihre Mitschüler*innen dann ganz praktisch im EEG-Labor. Gespannt schauen sie auf den Monitor, der in diesem Moment live die Gehirnströme ihrer Mitschülerin überträgt.  Vom Einführungsvortrag wissen sie: die Elektroenzephalographie kann die schwachen elektrischen Felder unserer Nervenzellen an der Kopfhaut abgreifen und in Echtzeit Hirnströme von Versuchspersonen zeigen. „Aber mit Gedankenlesen hat das nichts zu tun“, scherzt Herr Suchan. Vielmehr wird über die Veränderung der Hirnströme beobachtet, ob bestimmte Wahrnehmungen von der Norm abweichen. So kann man zum Beispiel eine sogenannte Prosopagnosie, oder Gesichtsblindheit, erkennen.

Während den Bochumer Schüler*innen bei ihrem ersten RUB-Besuch in der Neurobiologie mit der Optogenetik Spitzenforschung auf zellulärer Ebene vorgestellt wurde, zeigt ihnen der klinische Ansatz der Neuropsychologie heute eine ganz andere aber nicht minder faszinierende Seite der Neurowissenschaften.

Alle haben sie über den Schulstoff hinaus Interesse an Biologie und Chemie und können sich vorstellen nach dem Abitur ein entsprechendes Studium aufzunehmen. Durch eine Kooperation mit dem Sonderforschungsbereich 874 erhalten sie die Gelegenheit in den Alltag der Neurowissenschaftler*innen hineinzuschnuppern und bekommen einen Einblick in ganz unterschiedliche Fachbereiche.

Den Anfang macht Dr. Olivia Masseck, selbst Alumna der Ruhr-Universität und der International Graduate School of Neuroscience und aktuell Post-Doc am Lehrstuhl von Prof. Dr. Herlitze. Sie stellt den Schüler*innen ihren Forschungsschwerpunkt vor, ein rapide wachsendes Feld, das optische Technologien und Genetik verbindet. Die Optogenetik, eine Methode mit der man durch Licht genetisch modifizierte Zellen extrem präzise aktivieren kann, liefert spannende Ansätze zur erfolgreichen Behandlung zahlreicher Erkrankungen. Die Schüler*innen erfahren wie optogenetische Verfahren bei der Therapie von Parkinson, Rückenmarksverletzungen, Blindheit, Diabetes und Angststörungen angewendet werden könnten.

Neben den theoretischen Inhalten berichtet Dr. Masseck den Jugendlichen auch vom Leben als Neurowissenschaftlerin. Wie wird man eigentlich Hirnforscherin? Sitzt man dann den ganzen Tag im Labor? Ist das gefährlich? Wird man damit reich? Wie tauscht man sich mit anderen Wissenschaftler*innen aus? Und: wird man jemals komplett verstehen, wie das Gehirn funktioniert?

Bei einem Rundgang durch die Labore des Fachbereichs lernen die Schüler*innen, wie abwechslungsreich die Arbeit als Wissenschaftlerin ist, welche Sicherheitsvorkehrungen in den Laboren beachtet werden müssen und auf welch hochwertige Ausstattung die Mitarbeiter*innen zurückgreifen können. Diese Ausstattung darf die Schülergruppe dann auch ganz praktisch nutzen. Am Konfokalen Mikroskop, einer Anschaffung des RUB Research Department of Neuroscience, untersuchen sie unter Anleitung von Dr. Masseck wie Nervenzellen Aktionspotentiale abgeben.

Der Tag in der Welt der Neurowissenschaften hat die Schülergruppe fasziniert. Ihr Interesse für die Arbeit der Wissenschaftler*innen im SFB 874 ist geweckt. Der Einblick in die Optogenetik hat ihnen gezeigt, wie vielseitig dieses Forschungsfeld ist und wie sehr es vom wissenschaftlichen Austausch, der Interdisziplinarität, lebt. Aus diesem Grund möchte der SFB die Schüler*innen zu weiteren Terminen in andere Fachbereiche einladen und somit die Begeisterung für die Neurowissenschaften an die kommende Generation weitergeben.

Gespannt sitzen die Schülerinnen und Schüler eines Biologie-Leistungskurses im Präparationsraum in der Medizinischen Fakultät und präparieren Schweinehirne. Unter fachkundiger Anleitung von Medizinstudierenden trennen sie zum Beispiel die Hirnhaut vom Großhirn ab und lernen so den Aufbau des Gehirns ganz praktisch kennen. Wissenschaft zum Anfassen eben.

„Wir wählen Schweinehirne, weil sie im Aufbau dem menschlichen Gehirn sehr ähnlich sind“, erläutert Jun.-Prof. Dr. Nora Prochnow von der Abteilung für Neuroanatomie und Molekulare Hirnforschung der Medizinischen Fakultät. Sie leitet den Schnuppertag, der unter dem Motto „Anatomie des Gehirns“ steht und die Schülerinnen und Schüler in die Welt der Neurowissenschaften einführen soll. Damit die Schülerinnen und Schüler eine Idee davon haben, was sie gerade präparieren, hat ihnen Nora Prochnow in einem theoretischen Teil zu Beginn des Schnuppertages erklärt, wie das Gehirn aufgebaut ist und welche Teile welche Funktionen übernehmen. Für viele Schülerinnen und Schüler ist es eine völlig neue und faszinierende Erfahrung, ein Gehirn zu sehen und selbst präparieren zu können und bei manchen wird durch den Schnuppertag das Interesse an einer neurowissenschaftlichen Facharbeit geweckt.

„Die Schülerinnen und Schüler nehmen unser Angebot gut an“, freut sich Dr. Sabine Dannenberg, die als Koordinatorin des SFB 874 auch das Projekt FACHARBEITEN leitet, „wir konnten schon einige an beteiligte Neurowissenschaftler*innen vermitteln, die nun die Facharbeiten mitbetreuen.“ Konkret bedeutet dies, sie helfen bei der Themenfindung, stellen eventuell Laborplätze zur Verfügung und bieten fachlichen Austausch. „Wir können den Schülerinnen und Schülern vielfältige Möglichkeiten bieten“, ergänzt SFB-Sprecherin Prof. Dr. Denise Manahan-Vaughan, „weil die Neurowissenschaften an der RUB sehr interdisziplinär ausgerichtet sind. Dabei liegt es uns sehr am Herzen, das Interesse der jungen Menschen für unsere Arbeit zu wecken und sie für die Forschung zu begeistern.“

Wer sich für eine neurowissenschaftliche Facharbeit interessiert, kann sich beim SFB 874 unter sfb874@rub.de melden.