RatCAP - tragbare Positronen-Emissions-Tomographie bei wachen Ratten möglich

Upton (USA) - Ein kleiner, tragbarer PET-Scanner kann die Hirnfunktion von Ratten sogar dann aufzeichnen, wenn die Nager hellwach und aktiv sind. Herkömmliche Positronen-Emissions-Tomographie, kurz PET, ist nur bei betäubten oder bewegungsunfähigen Tieren möglich. Wie ein etwas klobiger Kragen getragen, stört der von amerikanischen Forschern entwickelte Mini-PET-Scanner die Nager kaum in ihrer Bewegungsfreiheit. Das auf den Namen RatCAP (Rat Conscious Animal PET) getaufte Gerät ermöglicht es so, die Hirnaktivität und gleichzeitig das Verhalten wacher, sich bewegender Ratten zu untersuchen und beides miteinander abzugleichen. Die Entwickler stellen RatCAP im Fachblatt "Nature Methods" vor.

"Positronen-Emissions-Tomographie (PET) ist ein leistungsfähiges Werkzeug, um die molekularen Prozesse zu untersuchen, die im Gehirn auftreten", sagt Paul Vaska vom Brookhaven National Laboratory in Upton, der Leiter der Studie. So haben PET-Untersuchungen etwa wertvolle Hinweise auf molekulare Grundlagen mancher Hirnprozesse liefern können, etwa bei Drogenabhängigkeit. Tiere mithilfe dieses bildgebenden Verfahrens zu untersuchen, lieferte allerdings bislang nur eingeschränkte Ergebnisse, da Bewegungsunfähigkeit oder Betäubung es unmöglich machten, gleichzeitig die Hirnchemie und das Verhalten zu beobachten und damit Rückschlüsse auf die Verbindung zwischen Verhalten und dem, was dabei im Gehirn vorgeht, zu ziehen. "Unser Ansatz war es, die Notwendigkeit dieser Einschränkung zu beseitigen, indem wir einen PET-Scanner entwickelten, der sich mit dem Tier bewegen und damit die Möglichkeit eröffnen würde, die bildgebenden Daten direkt mit den zur selben Zeit gewonnenen Verhaltens-Daten miteinander in Beziehung zu setzen", erläutert Vaskas Kollege David Schlyer.

Mit einem Gewicht von nur 250 Gramm wird RatCAP über ein System aus Federn und Bewegungsstabilisatoren ausbalanciert, so dass den Ratten ihre Bewegungsfreiheit bleibt. Messungen der Stresshormone der Tiere zeigen, dass die Belastung nur moderat und vorübergehend ist. Die Nager gewöhnen sich schnell an das Gerät und bewegen sich frei durch ihre Umgebung. Die Forscher testeten zum Beispiel, ob sich die Dopamin-Werte mit dem Verhalten der Tiere - genau gesagt mit der Aktivität in der Versuchskammer - in Zusammenhang bringen ließen. Zu ihrer Überraschung stellten sie fest: Je aktiver die Ratten waren, desto niedriger waren die Dopamin-Werte.

"Das ist vielleicht ein Ergebnis, das man intuitiv nicht erwartet hätte, weil verhaltensgesteuerte Aktivierung typischerweise mit einem Anstieg der Dopaminausschüttung assoziiert wird", erklärt Daniela Schulz, Verhaltensneurobiologin und Erstautorin der Arbeit. "Somit liefert unsere Methode Daten, die traditionelle Muster in Frage stellen und letztlich unser Verständnis des Dopamin-Systems verbessern könnten. Die Ergebnisse zeigen klar, dass RatCAP Messungen der Hirnfunktion mit Messungen des Verhaltens in einer brauchbaren Weise miteinander in Verbindung bringen kann."