Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Arbeitsteilung im Fischgehirn

25.07.2014

Damit ein Fisch vorwärts schwimmen kann, müssen Nervenzellen in seinem Gehirn und Rückenmark fein abgestimmt die Hin- und Her-Bewegungen des Schwanzes kontrollieren. Doch auch die Stellung des Schwanzes, die die Schwimmrichtung vorgibt, muss durch Hirnaktivität feinjustiert werden.

Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für Neurobiologie in Martinsried identifizierten nun mit Hilfe der neuen Methode der Optogenetik eine kleine Gruppe von Nervenzellen, die die Bewegungen der Schwanzflosse lenken. Auch das menschliche Gehirn kontrolliert Körperbewegungen durch Nervenbahnen in der gleichen Gehirnregion und nutzt daher vermutlich ähnliche Verarbeitungsmechanismen wie der Fisch.


nMLF-Region im Mittelhirn von Zebrafischlarven. Mit Hilfe der Optogenetik können Forscher hier einzelne Nervenzellen (lila) gezielt aktivieren.

(c) MPI für Neurobiologie / Thiele

Schon lange versuchen Neurobiologen herauszufinden, wie neuronale Netzwerke tierisches, und auch menschliches Verhalten steuern. Dabei wird kontrovers diskutiert, ob das Gehirn eher dezentral oder modular organisiert ist. Bei einer dezentralen Organisation ruft das Zusammenspiel sehr vieler Nervenzellen ein bestimmtes Verhaltensmuster hervor.

In diesem Fall kann einzelnen Nervenzellen keine genaue Funktion zugewiesen werden. Ist das Gehirn dagegen modular aufgebaut, würden einzelne Gehirnbereiche bestimmte Kernkompetenzen besitzen, die jeweils einen spezialisierten Beitrag zum Verhalten leisten. Solche neuronalen Schaltkreis-Module könnten ganz unterschiedlich kombiniert werden und eine Reihe verschiedener Verhaltensantworten beeinflussen.

Hebel im Fischgehirn?

Forscher um Herwig Baier vom Max-Planck-Institut für Neurobiologie wollen der Organisation des Gehirns mit Hilfe von Zebrafischlarven auf den Grund gehen. Im Hirnstamm dieser Tiere liegt die sogenannte absteigende Retikulärformation. Die Nervenzellen dieser Region eignen sich optimal um die Hirnorganisation zu untersuchen: Die Zellen stehen in direktem Kontakt zu Motorneuronen im Rückenmark der Fische und können so Schwanzbewegungen unmittelbar beeinflussen. „Die Retikulärformation ist wie das "Cockpit" der Fische und wir haben uns gefragt, ob es hier einzelne "Hebel" gibt, mit denen die Schwanzbewegungen gesteuert werden”, fasst Herwig Baier die Herausforderung zusammen.

Auf ihrer Suche nach den "Hebeln" konzentrierten sich die Forscher auf einen kleinen Gehirnkern (nMLF) innerhalb der Retukulärformation. Doch wie kann der Einfluss einzelner nMLF-Nervenzellen auf die Schwanzbewegungen untersucht werden? Erst seit kurzem sind solche Untersuchungen überhaupt denkbar. Mit der neuen Methode der Optogenetik kann durch Licht die Aktivität von Nervenzellen beeinflusst werden. Da Zebrafischlarven – und auch ihr Gehirn – transparent sind, konnten die Forscher ganz gezielt einzelne, genetisch veränderte Zellen durch das Anleuchten mit blauem Licht "anschalten". Dadurch hervorgerufene Schwanzbewegungen der Fische konnten so einzelnen Nervenzellen zugeordnet werden.

Nervenzellen und Steuerpinnen

Eine erste Reihe Versuche zeigte, dass die Zellen des nMLF-Bereichs scheinbar an vielen Bewegungen beteiligt sind – von der Vorwärts- bis zur Drehbewegung. Eine angepasste, zweite Versuchsreihe deutete jedoch darauf hin, dass die Zellen vor allem die Auslenkung des Schwanzes steuern. Sind die nMLF-Zellen somit Teil eines multifunktionalen Zentrums oder doch spezialisiert auf bestimmte Funktionen? Um diese Frage zu klären, schalteten die Neurobiologen in einer weiteren Versuchsreihe ganz gezielt einzelne nMLF-Zellen aus. „Dieses Experiment brachte den Durchbruch”, erinnert sich Tod Thiele, der Erstautor der nun erschienenen Studie.

Die Ergebnisse zeigen, dass die nMLF-Zellen zwar bei einer Vielzahl von Schwimmbewegungen aktiv sind. Sie tragen jedoch nur einen Teil der Bewegung bei – sie geben mit der Haltung des Schwanzes die Schwimmrichtung vor. Die Nervenzellen im nMLF-Bereich sind daher eher ein spezialisiertes Modul in einem dezentralisierten Kontrollsystem des Schwimmapparats. Herwig Baier veranschaulicht dies so: „Man kann das Ganze mit dem Antrieb eines Motorboots vergleichen.” Der Bootsmotor, der den Propeller antreibt, bestimmt die Geschwindigkeit, während die Steuerpinne das Boot lenkt. Im Gehirn werden die Aufgaben anscheinend sehr ähnlich verteilt. Vor einiger Zeit hatte das Team von Herwig Baier eine kleine Region im Hinterhirn entdeckt, die wie ein Motor wirkt und den Fisch vorantreibt. „Jetzt haben wir mit den nMLF-Zellen auch die Steuerpinne im Fischgehirn gefunden”, freut sich Herwig Baier. Auch im menschlichen Gehirn werden Bewegungen von einer Vielzahl von Kernen in der Retikulärformation kontrolliert. Die Studie legt daher nahe, dass Aufgaben auch in unserem Gehirn ähnlich wie beim Zebrafisch verteilt sein können.

Originalveröffentlichung:
Tod Thiele, Joseph Donovan, Herwig Baier,
Descending control of swim posture by a midbrain nucleus in zebrafish
Neuron, 24. Juli 2014

Kontakt:
Dr. Stefanie Merker
Presse- und Öffentlichkeitsarbeit
Max-Planck-Institut für Neurobiologie, Martinsried
Tel.: 089 8578 - 3514
E-Mail: merker@neuro.mpg.de
www.neuro.mpg.de

Prof. Dr. Herwig Baier
Abteilung Gene – Schaltkreise – Verhalten
Max-Planck-Institut für Neurobiologie, Martinsried
Tel.: 089 8578 3200
Email: hbaier@neuro.mpg.de

Weitere Informationen:

http://www.neuro.mpg.de - Webseite des MPI für Neurobiologie
http://www.neuro.mpg.de/baier/de - Webseite der Abteilung von Prof. Herwig Baier

Dr. Stefanie Merker | Max-Planck-Institut

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Dichtes Gefäßnetz reguliert Bildung von Thrombozyten im Knochenmark
25.07.2017 | Rudolf-Virchow-Zentrum für Experimentelle Biomedizin der Universität Würzburg

nachricht Welcher Scotch ist es?
25.07.2017 | Gesellschaft Deutscher Chemiker e.V.

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Kohlenstoff-Nanoröhrchen verwandeln Strom in leuchtende Quasiteilchen

Starke Licht-Materie-Kopplung in diesen halbleitenden Röhrchen könnte zu elektrisch gepumpten Lasern führen

Auch durch Anregung mit Strom ist die Erzeugung von leuchtenden Quasiteilchen aus Licht und Materie in halbleitenden Kohlenstoff-Nanoröhrchen möglich....

Im Focus: Carbon Nanotubes Turn Electrical Current into Light-emitting Quasi-particles

Strong light-matter coupling in these semiconducting tubes may hold the key to electrically pumped lasers

Light-matter quasi-particles can be generated electrically in semiconducting carbon nanotubes. Material scientists and physicists from Heidelberg University...

Im Focus: Breitbandlichtquellen mit flüssigem Kern

Jenaer Forschern ist es gelungen breitbandiges Laserlicht im mittleren Infrarotbereich mit Hilfe von flüssigkeitsgefüllten optischen Fasern zu erzeugen. Mit den Fasern lieferten sie zudem experimentelle Beweise für eine neue Dynamik von Solitonen – zeitlich und spektral stabile Lichtwellen – die aufgrund der besonderen Eigenschaften des Flüssigkerns entsteht. Die Ergebnisse der Arbeiten publizierte das Jenaer Wissenschaftler-Team vom Leibniz-Instituts für Photonische Technologien (Leibniz-IPHT), dem Fraunhofer-Insitut für Angewandte Optik und Feinmechanik, der Friedrich-Schiller-Universität Jena und des Helmholtz-Insituts im renommierten Fachblatt Nature Communications.

Aus einem ultraschnellen intensiven Laserpuls, den sie in die Faser einkoppeln, erzeugen die Wissenschaftler ein, für das menschliche Auge nicht sichtbares,...

Im Focus: Flexible proximity sensor creates smart surfaces

Fraunhofer IPA has developed a proximity sensor made from silicone and carbon nanotubes (CNT) which detects objects and determines their position. The materials and printing process used mean that the sensor is extremely flexible, economical and can be used for large surfaces. Industry and research partners can use and further develop this innovation straight away.

At first glance, the proximity sensor appears to be nothing special: a thin, elastic layer of silicone onto which black square surfaces are printed, but these...

Im Focus: 3-D scanning with water

3-D shape acquisition using water displacement as the shape sensor for the reconstruction of complex objects

A global team of computer scientists and engineers have developed an innovative technique that more completely reconstructs challenging 3D objects. An ancient...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

2. Spitzentreffen »Industrie 4.0 live«

25.07.2017 | Veranstaltungen

Gipfeltreffen der String-Mathematik: Internationale Konferenz StringMath 2017

24.07.2017 | Veranstaltungen

Von atmosphärischen Teilchen bis hin zu Polymeren aus nachwachsenden Rohstoffen

24.07.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

IT-Experten entdecken Chancen für den Channel-Markt

25.07.2017 | Unternehmensmeldung

Erst hot dann Schrott! – Elektronik-Überhitzung effektiv vorbeugen

25.07.2017 | Seminare Workshops

Dichtes Gefäßnetz reguliert Bildung von Thrombozyten im Knochenmark

25.07.2017 | Biowissenschaften Chemie