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 Symbiose-Bakterien: Vom blinden Passagier zum Leibwächter des Wollkäfers
28.04.2017 | Johannes Gutenberg-Universität Mainz

nachricht Forschungsteam entdeckt Mechanismus zur Aktivierung der Reproduktion bei Pflanzen
28.04.2017 | Universität Hamburg

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: TU Chemnitz präsentiert weltweit einzigartige Pilotanlage für nachhaltigen Leichtbau

Wickelprinzip umgekehrt: Orbitalwickeltechnologie soll neue Maßstäbe in der großserientauglichen Fertigung komplexer Strukturbauteile setzen

Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter des Bundesexzellenzclusters „Technologiefusion für multifunktionale Leichtbaustrukturen" (MERGE) und des Instituts für...

Im Focus: Smart Wireless Solutions: EU-Großprojekt „DEWI“ liefert Innovationen für eine drahtlose Zukunft

58 europäische Industrie- und Forschungspartner aus 11 Ländern forschten unter der Leitung des VIRTUAL VEHICLE drei Jahre lang, um Europas führende Position im Bereich Embedded Systems und dem Internet of Things zu stärken. Die Ergebnisse von DEWI (Dependable Embedded Wireless Infrastructure) wurden heute in Graz präsentiert. Zu sehen war eine Fülle verschiedenster Anwendungen drahtloser Sensornetzwerke und drahtloser Kommunikation – von einer Forschungsrakete über Demonstratoren zur Gebäude-, Fahrzeug- oder Eisenbahntechnik bis hin zu einem voll vernetzten LKW.

Was vor wenigen Jahren noch nach Science-Fiction geklungen hätte, ist in seinem Ansatz bereits Wirklichkeit und wird in Zukunft selbstverständlicher Teil...

Im Focus: Weltweit einzigartiger Windkanal im Leipziger Wolkenlabor hat Betrieb aufgenommen

Am Leibniz-Institut für Troposphärenforschung (TROPOS) ist am Dienstag eine weltweit einzigartige Anlage in Betrieb genommen worden, mit der die Einflüsse von Turbulenzen auf Wolkenprozesse unter präzise einstellbaren Versuchsbedingungen untersucht werden können. Der neue Windkanal ist Teil des Leipziger Wolkenlabors, in dem seit 2006 verschiedenste Wolkenprozesse simuliert werden. Unter Laborbedingungen wurden z.B. das Entstehen und Gefrieren von Wolken nachgestellt. Wie stark Luftverwirbelungen diese Prozesse beeinflussen, konnte bisher noch nicht untersucht werden. Deshalb entstand in den letzten Jahren eine ergänzende Anlage für rund eine Million Euro.

Die von dieser Anlage zu erwarteten neuen Erkenntnisse sind wichtig für das Verständnis von Wetter und Klima, wie etwa die Bildung von Niederschlag und die...

Im Focus: Nanoskopie auf dem Chip: Mikroskopie in HD-Qualität

Neue Erfindung der Universitäten Bielefeld und Tromsø (Norwegen)

Physiker der Universität Bielefeld und der norwegischen Universität Tromsø haben einen Chip entwickelt, der super-auflösende Lichtmikroskopie, auch...

Im Focus: Löschbare Tinte für den 3-D-Druck

Im 3-D-Druckverfahren durch Direktes Laserschreiben können Mikrometer-große Strukturen mit genau definierten Eigenschaften geschrieben werden. Forscher des Karlsruher Institus für Technologie (KIT) haben ein Verfahren entwickelt, durch das sich die 3-D-Tinte für die Drucker wieder ‚wegwischen‘ lässt. Die bis zu hundert Nanometer kleinen Strukturen lassen sich dadurch wiederholt auflösen und neu schreiben - ein Nanometer entspricht einem millionstel Millimeter. Die Entwicklung eröffnet der 3-D-Fertigungstechnik vielfältige neue Anwendungen, zum Beispiel in der Biologie oder Materialentwicklung.

Beim Direkten Laserschreiben erzeugt ein computergesteuerter, fokussierter Laserstrahl in einem Fotolack wie ein Stift die Struktur. „Eine Tinte zu entwickeln,...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Internationaler Tag der Immunologie - 29. April 2017

28.04.2017 | Veranstaltungen

Kampf gegen multiresistente Tuberkulose – InfectoGnostics trifft MYCO-NET²-Partner in Peru

28.04.2017 | Veranstaltungen

123. Internistenkongress: Traumata, Sprachbarrieren, Infektionen und Bürokratie – Herausforderungen

27.04.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Über zwei Millionen für bessere Bordnetze

28.04.2017 | Förderungen Preise

Symbiose-Bakterien: Vom blinden Passagier zum Leibwächter des Wollkäfers

28.04.2017 | Biowissenschaften Chemie

Wie Pflanzen ihre Zucker leitenden Gewebe bilden

28.04.2017 | Biowissenschaften Chemie