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Tübinger Forscher unterscheiden aktive und inaktive Gehirnzellen

Tübinger Forscher unterscheiden aktive und inaktive Gehirnzellen

Dentriten

Nutzen wir wirklich nur zehn Prozent unserer Gehirnkapazität? Wer kenn dieses Gerücht nicht? Soll das nicht gar Einstein höchstpersönlich behautet haben? Über unser Gehin existieren so viele Gerüchte und Annahmen – die wenigsten davon sind belegt. Gerade dieser “Zehn-Prozent-Mythos”, der Neurowissenschafler (vermutlich zurecht) eher empört als begeistert, könnte durch die aktuellsten Forschungsergebnisse weiter genährt werden.

Aktive Hirnzellen unterscheiden sich morphologisch von inaktiven

Tübinger Neurowissenschaftlern ist es gelungen, morphologisch, das heißt anhand ihres jeweiligen Aufbaus, zwischen aktiven und inaktiven Gehirnzellen zu unterscheiden. Die Forscher fanden heraus, dass viele unserer Neuronen im Laufe unseres Lebens inaktiv bleiben – und das selbst dann, wenn die benachbarten Neuronen sehr aktiv sind. Bei der Untersuchung der “Körnerzellen” in einem Rattengehirn fanden die Wissenschaftler viel mehr inaktive als aktive Zellen.

Dank der Erkenntnisse des Forscherteams um Dr. Andrea Burgalossi vom Werner Reichardt Centrum für Integrative Neurowissenschaften (CIN) der Universität Tübingen ist es nun möglich, anhand ihrer Morphologie aktive von inaktiven Gehirnzellen zu unterscheiden.

Zusammenhänge zwischen Funktion und Morphologie der Neurone

DentritenDie Tübinger Neurowissenschaftler interessierten sich unter anderem für die morphologischen Eigenschaften der Gehirnzellen, vor allem der Dendriten, die für unser Gedächtnis eine entscheidende Rolle spielen. Das sind Fortsätze, über die Signale von anderen Gehirnzellen aufgenommen werden. Man weiß bereits, dass Dendriten insbesondere für unserere Gedächtnisleistung wichtig sind, wenn wir uns beispielsweise an Orte und Individuen erinnern. Die Wissenschaftler untersuchten Körnerzellen im Gyrus dentatus (der “Eingangsstation des Hippocampus”) von Ratten, von denen schon länger bekannt ist, dass sie von zentraler Bedeutung für die Gedächtnisleistung sind. Es wurden die Aktionspotentiale der Neurone gemessen, während diese arbeiten. Zusätzlich konnten die Forscher die gemessenen Zellen für die spätere Analyse identifizieren.

Von 190 Körnerzellen konnten die Forscher Daten aufzeichnen. Nur 27 von ihnen waren aktiv (was einer Rate von 14 Prozent entspricht). Was den “Zehn-Prozent-Mythos” zu stützen scheint, erwarteten die Wissenschaftler bereits: Im Gyrus dentatus sind pro Verarbeitungsleistung immer nur sehr wenige Neuronen aktiv, während die umliegenden Hirnzellen auf “ihren Einsatz zu warten” scheinen – dieses Prinzip nennen Neurowissenschaftler “sparse coding”, also sparsames Enkodieren. Nur eine kleine Anzahl an Neuronen kodiert eine komplexe Information. Möglicherweise werden so Überschneidungen zwischen verschiedenen Erinnerungen vermieden.

Aktive Gehirnzellen verfügen über mehr und besser vernetzte Dendriten

Eine kleine Untergruppe der untersuchten Zellen konnten die Forscher noch viel genauer analysieren und kamen zu folgendem Ergebnis: Aktive Gehirnzellen verfügen über mehr und stärker verzweigte Dendriten. Damit erhalten sie Informationen von wesentlich mehr Neuronen als inaktive Zellen. Durch ihre geeignetere Infrastruktur können sie Signale besser empfangen und weiterleiten.

Obwohl die Tübinger Wissenschaftler nur eine kleine Stichprobe unersuchen konnten, sind sie sich sicher, dass sie künftig auf einen Blick und mit hoher Zuverlässigkeit aktive von inaktiven Gehirnzellen unterscheiden können. Ein wichtiger Schritt zur Beantwortung der Frage, warum manche Neurone aktiv und manche inaktiv sind, scheint also getan.


Link zum gesamten Artikel auf der Website der Universität Tübingen

Literatur:

  • Maria Diamantaki, Markus Frey, Philipp Berens, Patricia Preston-Ferrer, Andrea Burgalossi: Sparse Activity of Identified Dentate Granule Cells during Spatial Exploration. eLife. 3 October 2016. pii: e20252. Abruf unter: https://elifesciences.org/content/5/e20252

 

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