Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Wie erhält das Gehirn seine Struktur?

29.05.2007
Jede kognitive Leistung eines Menschen - jede Erinnerung und jeder Gedanke - hängt von der genauen Verknüpfungsstruktur der Neurone in seinem Gehirn ab. Nicht nur während der Embryonalentwicklung, sondern während des ganzen Lebens, werden Verknüpfungen im Gehirn neu gebildet und andere aufgelöst.

Als Teil einer internationalen Kollaboration haben Wissenschaftler des Bernstein Zentrums für Computational Neuroscience in Berlin, mit finanzieller Unterstützung der Berlin School of Mind and Brain, einige wichtige Prinzipien dieser neuronalen Verdrahtung entschlüsselt. Die Studie, die von Joshua Young und Klaus Obermayer von der Technischen Universität Berlin durchgeführt wurde, führt zu einem besseren Verständnis fundamentaler Prozesse der Gehirnentwicklung, wie auch der Reorganisation des Gehirns nach Verletzungen wie zum Beispiel nach einem Schlaganfall oder nach einer Netzhautdegeneration.

Die Arbeit wird am 27. Mai in der Online-Ausgabe der wissenschaftlichen Zeitschrift Nature Neuroscience erscheinen. Weiterhin sind Wissenschaftler der Universität Sydney (Bogdan Dreher, Chun Wang), der Universität Newcastle, Australien (Michael Calford), und des Nencki Institute, Polen (Wioletta Waleszczyk) an der Forschung beteiligt.

Das Gehirn ist ein komplexes Netzwerk aus Neuronen, die über elektrische Signale kommunizieren. Jedes Neuron erhält Signale von vielen anderen vorgeschalteten Neuronen, die es integriert und verrechnet, um dann selbst ein Signal auszusenden. Bisherige Studien zeigen, dass die Weitergabe von Signalen regelrecht geübt werden kann. Wenn eine Zelle A einen Impuls aussendet, der in Zelle B eine Antwort auslöst, wird der Kontakt von der Zelle A zur Zelle B verstärkt. Die Verstärkung des Kontaktes zwischen den beiden Zellen führt wiederum dazu, dass Zelle B nun mit einer höheren Wahrscheinlichkeit auf ein Signal der Zelle A antwortet. Durch diesen Prozess "lernt" Zelle B das Aktivitätsmuster von Zelle A und übernimmt dieses. Wegen dieser einseitigen Übertragung von Aktivitätsmustern nennen die Wissenschaftler dieses Phänomen "didaktische Reorganisation".

... mehr zu:
»Kortex »Neuron »Reorganisation »Zelle

Nach Verletzungen des Gehirns findet in der betreffenden Region eine massive Reorganisation statt. Die Wissenschaftler um Obermayer haben nun genauer untersucht, nach welchen Prinzipien sich Neurone im visuellen Kortex nach einer Verletzung in der Retina reorganisieren. Aus der Reaktion der Neurone auf visuelle Reize nach einer Regenerationsphase konnten die Wissenschaftler Rückschlüsse auf deren Verknüpfungsstruktur ziehen. Sie fanden, dass Neurone ganzer Hirnbereiche ihre Kontakte in einer sehr gleichförmigen Weise umorganisiert hatten. Aus Vergleichen dieser experimentellen Daten mit denen aus Computermodellen konnten die Forscher eindeutig ableiten, dass diese gleichförmige Art und Weise der Neuverschaltung eine Folge "didaktischer Reorganisation" ist.

Der Kortex ist die erste Verschaltungsebene im Gehirn, in der visuelle Signale, die auf die Retina fallen, auf Bildeigenschaften wie den Verlauf von Konturen hin analysiert werden. Bei einer Verletzung der Retina verlieren Neurone in einer kleinen, klar umrissenen Region des visuellen Kortex die entsprechenden Eingangssignale aus der Retina. Durch diesen Verlust von Input antworten die Neurone umso stärker auf Signale von anderen ihnen vorgeschalteten Zellen, in der Regel benachbarte Kortex-Zellen, die noch direkte Signale aus der Retina erhalten. Wegen dieser verstärkten Empfindlichkeit der betreffenden Zellen lässt sich das Prinzip der didaktischen Reorganisation am Beispiel der neuronalen Regeneration nach einer Retinaverletzung besonders eindrücklich demonstrieren.

Die Wissenschaftler gehen davon aus, dass sowohl die Entstehung neuronaler Schaltkreise währende der Entwicklung des Gehirns als auch die verschiedenen Schritte der Regeneration den gleichen grundlegenden Prinzipien folgen. Die Ergebnisse der Wissenschaftler sind ein wesentlicher Schritt im Verständnis dieser Prozesse und bilden damit die Voraussetzung für die Entwicklung besserer Behandlungsmöglichkeiten von Hirnverletzungen.

Originalveröffentlichung:
J. M. Young, W. J. Waleszczyk, C. Wang, M. B. Calford, B. Dreher & K. Obermayer: Cortical reorganization consistent with spike timing- but not correlation-dependent plasticity. Nature Neuroscience (online), 27. Mai 2007, 1900 Uhr CEST
Kontakt:
Joshua Young, Prof. Dr. Klaus Obermayer
Technische Universität Berlin
Fakultät IV - Elektrotechnik und Informatik
Franklinstr. 28/29
10587 Berlin
Tel: 030-314-73442
EMail: sekr@ni.cs.tu-berlin.de

Katrin Weigmann | idw
Weitere Informationen:
http://ni.cs.tu-berlin.de/
http://www.bccn-berlin.de/

Weitere Berichte zu: Kortex Neuron Reorganisation Zelle

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Pfeilgiftfrösche machen auf „Kommando“ Brutpflege für fremde Kaulquappen
20.09.2017 | Veterinärmedizinische Universität Wien

nachricht Molekulare Kraftmesser
20.09.2017 | Max-Planck-Institut für Biochemie

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: Tiny lasers from a gallery of whispers

New technique promises tunable laser devices

Whispering gallery mode (WGM) resonators are used to make tiny micro-lasers, sensors, switches, routers and other devices. These tiny structures rely on a...

Im Focus: Wundermaterial Graphen: Gewölbt wie das Polster eines Chesterfield-Sofas

Graphen besitzt extreme Eigenschaften und ist vielseitig verwendbar. Mit einem Trick lassen sich sogar die Spins im Graphen kontrollieren. Dies gelang einem HZB-Team schon vor einiger Zeit: Die Physiker haben dafür eine Lage Graphen auf einem Nickelsubstrat aufgebracht und Goldatome dazwischen eingeschleust. Im Fachblatt 2D Materials zeigen sie nun, warum dies sich derartig stark auf die Spins auswirkt. Graphen kommt so auch als Material für künftige Informationstechnologien infrage, die auf der Verarbeitung von Spins als Informationseinheiten basieren.

Graphen ist wohl die exotischste Form von Kohlenstoff: Alle Atome sind untereinander nur in der Ebene verbunden und bilden ein Netz mit sechseckigen Maschen,...

Im Focus: Hochautomatisiertes Fahren bei Schnee und Regen: Robuste Warnehmung dank intelligentem Sensormix

Schlechte Sichtverhältnisse bei Regen oder Schnellfall sind für Menschen und hochautomatisierte Fahrzeuge eine große Herausforderung. Im europäischen Projekt RobustSENSE haben die Forscher von Fraunhofer FOKUS mit 14 Partnern, darunter die Daimler AG und die Robert Bosch GmbH, in den vergangenen zwei Jahren eine Softwareplattform entwickelt, auf der verschiedene Sensordaten von Kamera, Laser, Radar und weitere Informationen wie Wetterdaten kombiniert werden. Ziel ist, eine robuste und zuverlässige Wahrnehmung der Straßensituation unabhängig von der Komplexität und der Sichtverhältnisse zu gewährleisten. Nach der virtuellen Erprobung des Systems erfolgt nun der Praxistest, unter anderem auf dem Berliner Testfeld für hochautomatisiertes Fahren.

Starker Schneefall, ein Ball rollt auf die Fahrbahn: Selbst ein Mensch kann mitunter nicht schnell genug erkennen, ob dies ein gefährlicher Gegenstand oder...

Im Focus: Ultrakurze Momentaufnahmen der Dynamik von Elektronen in Festkörpern

Mit Hilfe ultrakurzer Laser- und Röntgenblitze haben Wissenschaftler am Max-Planck-Institut für Quantenoptik (Garching bei München) Schnappschüsse der bislang kürzesten Bewegung von Elektronen in Festkörpern gemacht. Die Bewegung hielt 750 Attosekunden lang an, bevor sie abklang. Damit stellten die Wissenschaftler einen neuen Rekord auf, ultrakurze Prozesse innerhalb von Festkörpern aufzuzeichnen.

Wenn Röntgenstrahlen auf Festkörpermaterialien oder große Moleküle treffen, wird ein Elektron von seinem angestammten Platz in der Nähe des Atomkerns...

Im Focus: Ultrafast snapshots of relaxing electrons in solids

Using ultrafast flashes of laser and x-ray radiation, scientists at the Max Planck Institute of Quantum Optics (Garching, Germany) took snapshots of the briefest electron motion inside a solid material to date. The electron motion lasted only 750 billionths of the billionth of a second before it fainted, setting a new record of human capability to capture ultrafast processes inside solids!

When x-rays shine onto solid materials or large molecules, an electron is pushed away from its original place near the nucleus of the atom, leaving a hole...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Höher - schneller - weiter: Der Faktor Mensch in der Luftfahrt

20.09.2017 | Veranstaltungen

Wälder unter Druck: Internationale Tagung zur Rolle von Wäldern in der Landschaft an der Uni Halle

20.09.2017 | Veranstaltungen

7000 Teilnehmer erwartet: 69. Urologen-Kongress startet heute in Dresden

20.09.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Drohnen sehen auch im Dunkeln

20.09.2017 | Informationstechnologie

Pfeilgiftfrösche machen auf „Kommando“ Brutpflege für fremde Kaulquappen

20.09.2017 | Biowissenschaften Chemie

Frühwarnsystem für gefährliche Gase: TUHH-Forscher erreichen Meilenstein

20.09.2017 | Energie und Elektrotechnik