Medizin am Abend Berlin Fazit: Stabile Wahrnehmung im erwachsenen Gehirn
Das erwachsene Gehirn hat gelernt, ein Bild der Umwelt aus
Informationen der Sinnesorgane zu berechnen.
Verändern sich die
Eingangssignale, kann sich auch das erwachsene Gehirn anpassen.
Ist die
Störung behoben, kehrt es, im Idealfall, zu seinem ursprünglichen
Zustand zurück.
Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für
Neurobiologie in Martinsried konnten in Mäusen zeigen, dass diese
Eigenschaft auf der Fähigkeit einzelner Nervenzellen beruht: Einzelne
Zellen sind in der Lage sich stark auf Veränderungen einzustellen und
auch wieder ihren Ausgangszustand einzunehmen.
- Dies könnte erklären,
warum das erwachsene Gehirn trotz ständiger Veränderungen nicht
kontinuierlich alles neu erlernen muss
Aktive Nervenzellen der visuellen Großhirnrinde der Maus bei
veränderten Sinneseindrücken. Weitere Informationen siehe
www.neuro.mpg.de (c) MPI für Neurobiologie / Rose
-
Alles, was wir über unsere Umwelt wissen, basiert auf Berechnungen
unseres Gehirns.
- Während das kindliche Gehirn die Regeln der Umwelt erst
noch lernen muss, weiß das erwachsene Gehirn, was es erwarten kann, und
verarbeitet Umweltreize weitgehend stabil.
Doch auch das erwachsene
Gehirn ist zeit seines Lebens in der Lage, auf Veränderungen zu
reagieren, neue Erinnerungen zu bilden und zu lernen –
es ist
"plastisch". Forschungsergebnisse der letzten Jahre haben gezeigt, dass
Veränderungen in den Nervenzellverbindungen die Grundlage dieser
Plastizität sind.
- Wie kann das Gehirn seine Verbindungen jedoch
kontinuierlich verändern und Neues lernen, ohne zum Beispiel die
bestehende, stabile Berechnung der Umwelt zu gefährden?
Dieser Frage
nach dem
Zusammenspiel von Plastizität und Stabilität sind nun die
Martinsrieder Neurobiologen aus der Abteilung von Tobias Bonhoeffer auf
den Grund gegangen.
Die Wissenschaftler haben untersucht, wie stabil die Verarbeitung von
Sinneseindrücken im visuellen Cortex der Maus ist. Seit rund 50 Jahren
ist bekannt, dass bei dem zeitweisen Verschluss eines Auges der für
dieses Auge zuständige Gehirnbereich zunehmend Signale aus dem noch
offenen Auge verarbeitet.
Eine Erkenntnis, die im Verwenden von
Augenpflastern bei schielenden Kindern eine Anwendung findet.
"Dank
neuer genetischer Farbstoffe ist es seit kurzem möglich, die
Aktivitätssignale einzelner Nervenzellen über lange Zeiträume hinweg
zuverlässig zu beobachten", berichtet Tobias Rose, der Erstautor der
Studie. "Mit ein paar weiteren Verbesserungen konnten wir nun erstmals
zeigen, was im Gehirn bei diesen Veränderungen passiert."
Durch das Mikroskop konnten die Wissenschaftler beobachten,
dass rund
zwei Drittel der Nervenzellen Signale aus dem anderen, offenen Auge
übernehmen.
"Das wirklich Spannende war jedoch, dass diese Zellen wieder
zu ihrer Ursprungsaktivität zurückkehrten, sobald sie wieder
Informationen von "ihrem" Auge erhielten", berichtet Tobias Rose.
Auch
bei Wiederholung des Experiments veränderten sich genau dieselben
Zellen. Aufgrund der großflächigen Veränderungen in den für die beiden
Augen zuständigen Hirnbereichen hatten die Wissenschaftler eher
vermutet, dass der Zellverband die erneut eintreffenden Informationen
durch neue Verbindungen und das Rekrutieren von neuen Zellen
kompensiert.
"Es ist fast so, als könnten sich die einzelnen Zellen
daran erinnern, wo sie welche Verbindungen vor dem Augenverschluss
hatten, um diese dann wieder zu rekonstruieren", so Rose.
-
Die Ergebnisse legen nahe, dass Nervenzellen, die auf Veränderungen
reagieren, einzelne stabile Verbindungen haben, die ihnen eine Rückkehr
in ihren ursprünglichen Zustand erlauben.
Dies würde es dem erwachsenen
Gehirn erlauben, sich an veränderte Umweltbedingungen anzupassen, ohne
dass sich die Grundverdrahtung komplett verändert.
"Solche
"Rückgratsynapsen" wurden vor einiger Zeit in theoretischen Studien
postuliert", sagt Tobias Bonhoeffer.
"Sie konkret nachzuweisen, wird nun
die nächste Herausforderung sein."
Doch dies ist nicht die einzige
Aufgabe, die vor den Forschern liegt:
Ein Drittel der Zellen veränderte
sich entweder gar nicht, oder verhielt sich im Widerspruch zu
klassischen Theorien.
"Wir wissen noch nicht genau warum sich diese
Zellen so verhalten, aber wir haben schon Ideen, die wir jetzt noch
testen müssen", freut sich Tobias Bonhoeffer auf die weitere Forschung.
ORIGINALVERÖFFENTLICHUNG
Tobias Rose, Juliane Jaepel, Mark Hübener, Tobias Bonhoeffer
Cell-specific restoration of stimulus preference after monocular deprivation in visual cortex
Science, 10. Juni 2016
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Über Google: Medihin am Abend Berlin
Dr. Stefanie Merker
Max-Planck-Institut für Neurobiologie, Martinsried
Tel.: 089 - 8578 3514
E-Mail: merker@neuro.mpg.de
Prof. Dr. Tobias Bonhoeffer
Abteilung "Synapsen – Schaltkreise – Plastizität"
Max-Planck-Institut für Neurobiologie, Martinsried
Tel.: 089 - 8578 3751
Email: office.bonhoeffer@neuro.mpg.de
Weitere Informationen für international Medizin am Abend Berlin Beteiligte
http://www.neuro.mpg.de/bonhoeffer/de - Webseite der Abteilung von Tobias Bonhoeffer