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​​​Das Paul-Flechsig-Institut verfügt über ein breites Methodenspektrum, das in der neurowissenschaftlichen Forschung eingesetzt wird. Diese Methoden werden verwendet, um die neuronalen Grundlagen von pathologischen Prozessen, sowohl im Gehirn als auch in peripheren neuronalen Geweben zu untersuchen und dabei einen umfassenden Einblick in dessen Funktionsweisen zu gewinnen.

Ein wichtiger Bestandteil des Methodenspektrums des Instituts ist die Bildgebung und histologische Aufarbeitung von Nervengewebe. Hierbei ermöglichen verschiedene state-of-the-art hochauflösende Mikroskope die Darstellung von kleinsten Gewebestrukturen bis hin zur dreidimensionalen Rekonstruktion ganzer Zellen oder Zellverbänden. Dies ermöglicht es Veränderungen im Gehirn und Nervengewebe sichtbar zu machen und ist daher ein wertvolles Instrument zur Untersuchung von grundlegenden neuronalen Prozessen.

Darüber hinaus nutzt das Paul-Flechsig-Institut eine Vielzahl an weiteren Methoden, die sich von grundlegenden molekularbiologischen Methoden über in vitro Experimente bis hin zu fortgeschrittenen proteinbiochemischen Analysen wie Enzymkinetiken und Durchflusszytometrie erstrecken. Dabei rücken zunehmend Genexpressionsanalysen auf Einzellzellebene in den Fokus, welche Aufschlüsse über das Zusammenspiel und Aktivität der verschiedenen Zellen geben können.​

Außerdem verfügt das Paul-Flechsig-Institut über ein tierexperimentelles Labor der Verhaltensbiologie, in dem analytische Methoden der Lern- und Gedächtnisuntersuchungen zur Anwendung kommen.

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