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 Auf der molekularen Streckbank
24.02.2017 | Technische Universität München

nachricht Sicherungskopie im Zentralhirn: Wie Fruchtfliegen ein Ortsgedächtnis bilden
24.02.2017 | Johannes Gutenberg-Universität Mainz

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: „Vernetzte Autonome Systeme“ von acatech und DFKI auf der CeBIT

Auf der IT-Messe CeBIT vom 20. bis 24. März präsentieren acatech – Deutsche Akademie der Technikwissenschaften und das Deutsche Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz (DFKI) in Kooperation mit der Deutschen Messe AG vernetzte Autonome Systeme. In Halle 12 am Stand B 63 erwarten die Besucherinnen und Besucher unter anderem Roboter, die Hand in Hand mit Menschen zusammenarbeiten oder die selbstständig gefährliche Umgebungen erkunden.

Auf der IT-Messe CeBIT vom 20. bis 24. März präsentieren acatech – Deutsche Akademie der Technikwissenschaften und das Deutsche Forschungszentrum für...

Im Focus: Kühler Zwerg und die sieben Planeten

Erdgroße Planeten mit gemäßigtem Klima in System mit ungewöhnlich vielen Planeten entdeckt

In einer Entfernung von nur 40 Lichtjahren haben Astronomen ein System aus sieben erdgroßen Planeten entdeckt. Alle Planeten wurden unter Verwendung von boden-...

Im Focus: Mehr Sicherheit für Flugzeuge

Zwei Entwicklungen am Lehrgebiet Rechnerarchitektur der FernUniversität in Hagen können das Fliegen sicherer machen: ein Flugassistenzsystem, das bei einem totalen Triebwerksausfall zum Einsatz kommt, um den Piloten ein sicheres Gleiten zu einem Notlandeplatz zu ermöglichen, und ein Assistenzsystem für Segelflieger, das ihnen das Erreichen größerer Höhen erleichtert. Präsentiert werden sie von Prof. Dr.-Ing. Wolfram Schiffmann auf der Internationalen Fachmesse für Allgemeine Luftfahrt AERO vom 5. bis 8. April in Friedrichshafen.

Zwei Entwicklungen am Lehrgebiet Rechnerarchitektur der FernUniversität in Hagen können das Fliegen sicherer machen: ein Flugassistenzsystem, das bei einem...

Im Focus: HIGH-TOOL unterstützt Verkehrsplanung in Europa

Forschung am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) unterstützt die Europäische Kommission bei der Verkehrsplanung: Anhand des neuen Modells HIGH-TOOL lässt sich bewerten, wie verkehrspolitische Maßnahmen langfristig auf Wirtschaft, Gesellschaft und Umwelt wirken. HIGH-TOOL ist ein frei zugängliches Modell mit Modulen für Demografie, Wirtschaft und Ressourcen, Fahrzeugbestand, Nachfrage im Personen- und Güterverkehr sowie Umwelt und Sicherheit. An dem nun erfolgreich abgeschlossenen EU-Projekt unter der Koordination des KIT waren acht Partner aus fünf Ländern beteiligt.

Forschung am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) unterstützt die Europäische Kommission bei der Verkehrsplanung: Anhand des neuen Modells HIGH-TOOL lässt...

Im Focus: Zinn in der Photodiode: nächster Schritt zur optischen On-Chip-Datenübertragung

Schon lange suchen Wissenschaftler nach einer geeigneten Lösung, um optische Komponenten auf einem Computerchip zu integrieren. Doch Silizium und Germanium allein – die stoffliche Basis der Chip-Produktion – sind als Lichtquelle kaum geeignet. Jülicher Physiker haben nun gemeinsam mit internationalen Partnern eine Diode vorgestellt, die neben Silizium und Germanium zusätzlich Zinn enthält, um die optischen Eigenschaften zu verbessern. Das Besondere daran: Da alle Elemente der vierten Hauptgruppe angehören, sind sie mit der bestehenden Silizium-Technologie voll kompatibel.

Schon lange suchen Wissenschaftler nach einer geeigneten Lösung, um optische Komponenten auf einem Computerchip zu integrieren. Doch Silizium und Germanium...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Aufbruch: Forschungsmethoden in einer personalisierten Medizin

24.02.2017 | Veranstaltungen

Österreich erzeugt erstmals Erdgas aus Sonnen- und Windenergie

24.02.2017 | Veranstaltungen

Big Data Centrum Ostbayern-Südböhmen startet Veranstaltungsreihe

23.02.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Fraunhofer HHI auf dem Mobile World Congress mit VR- und 5G-Technologien

24.02.2017 | Messenachrichten

MWC 2017: 5G-Hauptstadt Berlin

24.02.2017 | Messenachrichten

Auf der molekularen Streckbank

24.02.2017 | Biowissenschaften Chemie