Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Das Gehirn schützt sich selber vor Reizüberflutung

19.05.2006
In den Nervenzellen der Hirnrinde werden sowohl Impulse aus den Sinnesorganen als auch Erinnerungen verarbeitet. Berner Forscher haben nun herausgefunden, dass Nervenzellen auch als "Unterdücker" von bestimmten Impulsen fungieren. Ohne diese hemmende Funktion wäre unser Gehirn von den dauernden Informationsströmen überfordert. Die Forschungsergebnisse werden in der aktuellen Ausgabe des renommierten Journals "Neuron" als Titelgeschichte publiziert.

Die Hirnrinde besteht aus einer wenige Millimeter dünnen Schicht aus Nervenzellen und ist für die Verarbeitung von unzähligen Nervensignalen zuständig. Einerseits erhalten grosse Nervenzellen, die sogenannten Pyramidenzellen, Signale aus den Sinnesorganen. Andererseits erhalten sie auch Informationen aus anderen Hirnarealen wie Erinnerungen, um die Sinnesinformationen richtig interpretieren und weiterleiten zu können. Impulse aus den Sinnesorganen werden als sogenannte "Bottom-up-Information" bezeichnet, solche aus übergeordneten Hirnbereichen wie Erinnerungen als "Top-down-Information". Diese getrennten Informationsströme erregen die Pyramidenzellen in zwei verschiedenen Bereichen, die eine unterschiedliche Struktur und Funktion aufweisen. Erhält eine Nervenzelle jedoch gleichzeitig Informationen aus einem Sinnesorgan und übergeordneten Hirnarealen, muss sie "umdisponieren": Den gleichzeitigen Eingang von "Top-down-" und "Bottom-up-Information" beantwortet die Pyramidenzelle mit einem stark erhöhten Erregungszustand, der durch einen Einstrom von Kalzium-Ionen in die Pyramidenzelle ausgelöst wird.


Modell einer Pyramidenzelle mit Messelektroden, die über ihre Verästelungen, sogenannte Dendriten, gleichzeitig "Top-down-" (rot) und "Bottom-up-Information" (gelb) erhält. Der blaue Teil kennzeichnet Dendriten, die noch sehr wenig erforscht sind und in der vorliegenden Arbeit nicht berücksichtigt wurden. Bild: Institut für Physiologie, Bern.

Prof. Matthew Larkum und sein Mitarbeiter am Institut für Physiologie der Universität Bern konnten nun erstmals zeigen, dass hemmende Nervenzellen in der Hirnrinde "Top-down"-Signale selektiv unterdrücken können. Diese hemmenden Nervenzellen schütten eine chemische Substanz aus (GABA=Gamma-Amino-Buttersäure), welche über spezifische Rezeptoren den Kalziumeinstrom in die Pyramidenzellen verhindern. Die "Top-down-Information" wird somit vollständig unterdrückt. In mehrjähriger Arbeit gelang es den Forschern, die zellulären und molekularen Prozesse, welche diesem Veto-Mechanismus zugrunde liegen, zu charakterisieren.

Unterdrückte Impulse ermöglichen eine bewusste Wahrnehmung

Diese bahnbrechende Arbeit erlaubt eine neue Sicht auf die Funktionsweise des Gehirns. "Wir konnten aufzeigen, wie hoch spezifisch, zeitlich und räumlich präzise orchestriert die Hemmungsmechanismen im Gehirn eingesetzt werden, um den ununterbrochenen Erregungsstrom aus den Sinnesorganen und den höheren Hirnregionen zu regulieren", erklärt Prof. Hans-Rudolf Lüscher vom Institut für Physiologie. Diese Vorgänge erlauben eine gerichtete Aufmerksamkeit sowie die Einbindung von Sinneseindrücken zu einer einheitlichen Wahrnehmung. "Ohne diese Hemmungsmechanismen", so Lüscher, "wären alle sensorischen Hirnrindenareale maximal erregt, ähnlich einem elektrischen Gewitter". Dies würde eine bewusste und differenzierte Wahrnehmung unserer Umwelt verunmöglichen. Aufbauend auf diesen Resultaten, welche an einem In Vitro-Präparat gewonnen wurden, will die Forschergruppe um Prof. Larkum in Zukunft untersuchen, wie diese zellulären Mechanismen das Verhalten eines intakten Organismus beeinflussen.

Nervenzellen: bestens vernetzt

Die menschliche Hirnrinde bedeckt das Gehirn und besteht aus einer wenige Millimeter dicken Schicht von Nervenzellen. In dieser hochkomplexen Struktur verarbeitet das Gehirn den ununterbrochenen Zustrom von Nervensignalen aus den Sinnesorganen und konstruiert daraus ein Abbild der Welt, die uns umgibt. Eindrücke von Farbe, Form oder Bewegung werden in verschiedenen, teilweise weit auseinander liegenden Hirnarealen verarbeitet. Damit im Gehirn eine einheitliche Wahrnehmung zustande kommt, müssen die elementaren Sinnesinformationen (wie z.B. Farbe, Form usw.) zu einer übergeordneten, funktionellen Einheit zusammengebunden werden. Dieses Zusammenführen der verschiedenen Informationsströme wird durch einen zellulären Mechanismus realisiert, der die Nervenzellen in einen speziellen Zustand versetzt, sobald sie Informationen aus unterschiedlichen Hirnstrukturen gleichzeitig erhalten. Die Sinnesinformation wird auch anhand von Erfahrungen aus dem Gedächtnis interpretiert. Zudem wird uns nicht jede Sinnesinformation auch bewusst, sondern nur diejenige, worauf das Gehirn seine Aufmerksamkeit lenkt.

Nathalie Matter | idw
Weitere Informationen:
http://www.kommunikation.unibe.ch/medien/mitteilungen/news/2006/neuronen.html
http://www.neuron.org/content/current

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Der erste Blick auf ein einzelnes Protein
18.01.2017 | Max-Planck-Institut für Festkörperforschung, Stuttgart

nachricht Unterschiedliche Rekombinationsraten halten besonders egoistische Gene im Zaum
18.01.2017 | Max-Planck-Institut für Evolutionsbiologie, Plön

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: Textiler Hochwasserschutz erhöht Sicherheit

Wissenschaftler der TU Chemnitz präsentieren im Februar und März 2017 ein neues temporäres System zum Schutz gegen Hochwasser auf Baumessen in Chemnitz und Dresden

Auch die jüngsten Hochwasserereignisse zeigen, dass vielerorts das natürliche Rückhaltepotential von Uferbereichen schnell erschöpft ist und angrenzende...

Im Focus: Wie Darmbakterien krank machen

HZI-Forscher entschlüsseln Infektionsmechanismen von Yersinien und Immunantworten des Wirts

Yersinien verursachen schwere Darminfektionen. Um ihre Infektionsmechanismen besser zu verstehen, werden Studien mit dem Modellorganismus Yersinia...

Im Focus: How gut bacteria can make us ill

HZI researchers decipher infection mechanisms of Yersinia and immune responses of the host

Yersiniae cause severe intestinal infections. Studies using Yersinia pseudotuberculosis as a model organism aim to elucidate the infection mechanisms of these...

Im Focus: Interfacial Superconductivity: Magnetic and superconducting order revealed simultaneously

Researchers from the University of Hamburg in Germany, in collaboration with colleagues from the University of Aarhus in Denmark, have synthesized a new superconducting material by growing a few layers of an antiferromagnetic transition-metal chalcogenide on a bismuth-based topological insulator, both being non-superconducting materials.

While superconductivity and magnetism are generally believed to be mutually exclusive, surprisingly, in this new material, superconducting correlations...

Im Focus: Erforschung von Elementarteilchen in Materialien

Laseranregung von Semimetallen ermöglicht die Erzeugung neuartiger Quasiteilchen in Festkörpersystemen sowie ultraschnelle Schaltung zwischen verschiedenen Zuständen.

Die Untersuchung der Eigenschaften fundamentaler Teilchen in Festkörpersystemen ist ein vielversprechender Ansatz für die Quantenfeldtheorie. Quasiteilchen...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Künftige Rohstoffexperten aus aller Welt in Freiberg zur Winterschule

18.01.2017 | Veranstaltungen

Bundesweiter Astronomietag am 25. März 2017

17.01.2017 | Veranstaltungen

Über intelligente IT-Systeme und große Datenberge

17.01.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Der erste Blick auf ein einzelnes Protein

18.01.2017 | Biowissenschaften Chemie

Das menschliche Hirn wächst länger und funktionsspezifischer als gedacht

18.01.2017 | Biowissenschaften Chemie

Zur Sicherheit: Rettungsautos unterbrechen Radio

18.01.2017 | Verkehr Logistik