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Open Source Software mit starker Leistung

Die genaue Funktionsweise des Gehirns ist auch für Biologen weiterhin ein großes Geheimnis, das zu lösen eine riesige und schwierige Aufgabe ist. Wäre es da nicht wunderbar, über eine Landkarte des Gehirns zu verfügen, die wenigstens zeigt, wo welche Bereiche genau liegen? Eine solche Karte müsste alle wichtigen Detailinformationen zeigen - die Synapsen zwischen den Nervenzellen und die winzigsten Dendriten. Diese Details können nur mit hochauflösender Elektronenmikroskopie dargestellt werden. Allerdings sind bereits die allerkleinsten Gehirne, wie beispielsweise das der winzigen Fruchtfliege, unter dem Elektronenmikroskop gigantische Strukturen.

Ein kürzlich in der Zeitschrift PLoS Biology erschienener Artikel beschreibt die computergestützte Analyse der Mikro- und Makrostrukturen des Gehirns einer Fruchtfliegenlarve aus kombinierten elektronen- und lichtmikroskopischen Aufnahmen. Der Artikel ist das Ergebnis einer langfristigen Zusammenarbeit von Forschern an der ETH in Zürich (Albert Cardona), der University of California (Volker Hartenstein) und dem MPI-CBG (insbesondere Stephan Saalfeld aus der Arbeitsgruppe von Pavel Tomancak).

Das Dresdner Team steuerte dabei vor allem die entscheidenden Algorithmen bei, um tausende Schichtaufnahmen aus dem Elektronenmikroskop zu einem 3-dimensionalen Volumen zusammenzupuzzeln. Zudem entwickelten sie das "Collaborative Annotation Toolkit for Massive Amounts of Image Data" (CATMAID), das sich in der Navigation am Stil von Google Maps orientiert und die Verschlagwortung von Datenmassen erleichtert.

Der Artikel ist bewusst in dem Open Access-Magazin PLoS Biology veröffentlicht, aber auch die entstandene Software ist komplett Open Source: Damit machen die Wissenschaftler allen die Daten und Hilfsmittel kostenfrei zugänglich. Sie wollen das auch als Zeichen verstanden wissen, wie sie sich vorbildliche Wissenschaft im 21. Jahrhundert vorstellen.

Filmbeschreibung:
Elektronenmikroskopische Schichtaufnahmen werden rekonstruiert zu einem
Mosaik aus 6 mal 6 Einzelbildern (Movie 1) beziehungsweise zu drei
aufeinanderfolgenden Mosaiken mit jeweils 4 mal 4 Einzelbildern (Movie
2).  Die Software kann solche Puzzles aus zehntausenden Einzelaufnahmen
rekonstruieren.

Literaturhinweise:
Albert Cardona, Stephan Saalfeld, Stephan Preibisch, Benjamin Schmid, Anchi Cheng, Jim Pulokas, Pavel Tomancak, Volker Hartenstein (2010):
An Integrated Micro- and Macroarchitectural Analysis of the Drosophila Brain by Computer-Assisted Serial Section Electron Microscopy.
PLoS Biol 8(10): e1000502. doi:10.1371/journal.pbio.1000502

Stephan Saalfeld, Albert Cardona, Volker Hartenstein, and Pavel Tomancak:
As-rigid-as-possible mosaicking and serial section registration of large ssTEM datasets
Bioinformatics (2010) 26(12): i57-i63 doi:10.1093/bioinformatics/btq219

Stephan Saalfeld, Albert Cardona, Volker Hartenstein, and Pavel Tomancak:
CATMAID: collaborative annotation toolkit for massive amounts of image data
Bioinformatics (2009) 25(15): 1984-1986 doi:10.1093/bioinformatics/btp266