Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Das Gehirn lernt nie aus

08.05.2002


Lernvorgänge verändern die Grundstruktur der Sehrinde - Ergebnisse in ’PNAS’

Noch vor einigen Jahren glaubten Wissenschaftler, dass die Nervenzellen, die für Bewegung und Wahrnehmung verantwortlich sind, im erwachsenen Gehirn unveränderlich miteinander vernetzt seien. Inzwischen zeigte sich aber, dass sich die Organisation und Funktion unseres Gehirns lebenslang an äußere oder krankheitsbedingte Veränderungen anpasst. Dr. Ben Godde vom Institut für Medizinische Psychologie der Universität Tübingen und Dr. Hubert Dinse vom Institut für Neuroinformatik der Ruhr-Universität Bochum haben zusammen mit zwei weiteren Kollegen durch die Kombination von Elektrostimulation der Gehirnzellen und Videobeobachtung des Blutflusses im Gehirn im Tierversuch gezeigt, dass sich das Sehsystem im erwachsenen Gehirn durch Lernprozesse in der Grundstruktur verändert. Die renommierte Zeitschrift Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America (PNAS) berichtet in ihrer Ausgabe vom 30. April 2002 über die Ergebnisse.
Gebrauch, Training und Lernen verändern unsere motorischen Leistungen und Wahrnehmungsfähigkeiten. Bei diesen Vorgängen verändert sich auch die Hirnrinde bis ins hohe Alter. Die Sehrinde, der Ort, an dem visuelle Reize wahrgenommen, gespeichert und sinnvoll zugeordnet werden, befindet sich im hinteren Teil des Großhirns. Um im Sehsystem Lernvorgänge auszulösen, stimulierten die Forscher über eine Mikroelektrode die Gehirn-Nervenzellen von narkotisierten Tieren mit winzigen Strömen. Diese Ströme aktivieren in einem sehr kleinen Bereich des Hirngewebes viele Nervenzellen gleichzeitig. Dadurch verändert sich die Reizübertragung zwischen den Nervenzellen zunächst nur für wenige Sekunden, bei wiederholter, gleichzeitiger Aktivierung jedoch dauerhaft.

Die für das Sehen verantwortlichen Hirnbereiche höherer Säugetiere repräsentieren das Gesichtsfeld systematisch - wie eine Landkarte. Benachbarte Nervenzellen stellen benachbarte Orte im Gesichtsfeld dar. Dabei überlagern sich im Gehirn verschiedene so genannte funktionelle Karten, die bestimmte Eigenschaften der gesehenen Objekte wie Orientierung, Bewegungsrichtung und Kontrast repräsentieren. Das am besten untersuchte Beispiel sind die Orientierungskarten. Bei der experimentellen Untersuchung solcher Karten nutzen die Forscher den Zusammenhang zwischen der Aktivität der Nervenzellen und ihrem Energieverbrauch. Werden bestimmte Hirnbereiche aktiviert, ändert sich dort die Durchblutung, um den erhöhten Sauerstoffverbrauch zu decken. Die mit diesen Vorgängen verbundenen winzigen Änderungen in der Helligkeit des Hirngewebes können die Forscher mit hochempfindlichen Videokameras direkt messen. Nach computergestützter Auswertung lässt sich aus den Messergebnissen über einen Bereich von mehreren Millimetern errechnen und darstellen, welche Nervenzellen durch einen bestimmten Reiz erregt worden sind. Führt man dies für viele unterschiedliche Reize durch und stellt die Ergebnisse in einer gemeinsamen Karte dar, entsteht ein umfassendes Bild der Orientierungskarte im Gehirn.

Die Hirnforscher stellten fest, dass die Orientierungskarten ihre Grundstruktur bereits nach wenigen Stunden der Stimulation verändern. Betroffen sind davon Bereiche von mehreren Millimetern, obwohl die elektrischen Reize auf weniger als einen Zehntel Millimeter beschränkt waren. Die Ursache für diese weitreichenden Auswirkungen vermuten die Wissenschaftler im Bauprinzip der bei höheren Säugetieren und dem Menschen besonders ausgeprägten Hirnrinde. Hier findet sich ein dichtes und sehr verzweigtes Netzwerk horizontaler Nervenfasern, die sich über viele Millimeter erstrecken können. Die Forscher gehen davon aus, dass sie bei der Reizverarbeitung eine wichtige Rolle spielen. Diese Veränderungen wurden nicht durch Training ausgelöst, sondern durch elektrische Stimulation, deren Reize keinerlei "Bedeutung" besitzen. Offenbar kommen durch die Elektrostimulation Selbstorganisationsprozesse in Gang, die zu bestimmten, geordneten Veränderungen führten. Als besonders interessant bezeichnen die Forscher, dass sich die Veränderungen im visuellen System in mehreren Eigenschaften von denen in anderen Gehirnbereichen unterscheiden, die ebenfalls durch Elektrostimulation verändert werden können: In der Sehrinde wirken sich die Effekte räumlich erheblich weiter aus und sind nicht vollständig rückgängig zu machen. Dies könnte darauf hindeuten, so die Forscher, dass die Sehrinde zwar veränderbar ist, sich aber in der Ausbildung dieser Eigenschaft von anderen Hirnbereichen unterscheidet.

Auch krankhafte Veränderungen des Gehirns, zum Beispiel als Folge von Verletzungen, können als Lernprozesse aufgefasst werden und führen dazu, dass sich die betroffenen Hirnbereiche neu organisieren. Das Verständnis dieser Mechanismen halten die Forscher für besonders bedeutsam, da es Hinweise gibt, wie sich das Zentralnervensystem nach einer Schädigung regeneriert. Die neuen Forschungen könnten auch als Basis für Untersuchungen bei Patienten dienen, die durch Verletzung der Augen oder der Sehrinde erblindet sind. Möglicherweise ließen sich in Zukunft auf dieser Grundlage auch neue Therapieansätze für Rehabilitations-Maßnahmen entwickeln.


Nähere Informationen:

Dr. Ben Godde, Volkswagen-Nachwuchsgruppe "Kortikale Reorganisation und Lernen", Institut für Medizinische Psychologie, Gartenstraße 29, 72074 Tübingen, Tel. 0 70 71/2 97 42 20, Fax 0 70 71/29 59 56, E-Mail: benjamin.godde@uni-tuebingen.de

PD Dr. Hubert R. Dinse, Institut für Neuroinformatik, Ruhr-Universität, 44780 Bochum, Tel: 0234/32-25565, Fax: 0234/32-14209,
E-Mail: hubert.dinse@neuroinformatik.ruhr-uni-bochum.de

Michael Seifert | idw
Weitere Informationen:
http://homepages.uni-tuebingen.de/benjamin.godde/index.html
http://www.neuroinformatik.ruhr-uni-bochum.de/PROJECTS/ENB/enb_d.html

Weitere Berichte zu: Elektrostimulation Hirnbereiche Millimeter Nervenzelle Reiz Sehrinde

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Sollbruchstellen im Rückgrat - Bioabbaubare Polymere durch chemische Gasphasenabscheidung
02.12.2016 | Gesellschaft Deutscher Chemiker e.V.

nachricht "Fingerabdruck" diffuser Protonen entschlüsselt
02.12.2016 | Universität Leipzig

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: Greifswalder Forscher dringen mit superauflösendem Mikroskop in zellulären Mikrokosmos ein

Das Institut für Anatomie und Zellbiologie weiht am Montag, 05.12.2016, mit einem wissenschaftlichen Symposium das erste Superresolution-Mikroskop in Greifswald ein. Das Forschungsmikroskop wurde von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) und dem Land Mecklenburg-Vorpommern finanziert. Nun können die Greifswalder Wissenschaftler Strukturen bis zu einer Größe von einigen Millionstel Millimetern mittels Laserlicht sichtbar machen.

Weit über hundert Jahre lang galt die von Ernst Abbe 1873 publizierte Theorie zur Auflösungsgrenze von Lichtmikroskopen als ein in Stein gemeißeltes Gesetz....

Im Focus: Durchbruch in der Diabetesforschung: Pankreaszellen produzieren Insulin durch Malariamedikament

Artemisinine, eine zugelassene Wirkstoffgruppe gegen Malaria, wandelt Glukagon-produzierende Alpha-Zellen der Bauchspeicheldrüse (Pankreas) in insulinproduzierende Zellen um – genau die Zellen, die bei Typ-1-Diabetes geschädigt sind. Das haben Forscher des CeMM Forschungszentrum für Molekulare Medizin der Österreichischen Akademie der Wissenschaften im Rahmen einer internationalen Zusammenarbeit mit modernsten Einzelzell-Analysen herausgefunden. Ihre bahnbrechenden Ergebnisse werden in Cell publiziert und liefern eine vielversprechende Grundlage für neue Therapien gegen Typ-1 Diabetes.

Seit einigen Jahren hatten sich Forscher an diesem Kunstgriff versucht, der eine simple und elegante Heilung des Typ-1 Diabetes versprach: Die vom eigenen...

Im Focus: Makromoleküle: Mit Licht zu Präzisionspolymeren

Chemikern am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) ist es gelungen, den Aufbau von Präzisionspolymeren durch lichtgetriebene chemische Reaktionen gezielt zu steuern. Das Verfahren ermöglicht die genaue, geplante Platzierung der Kettengliedern, den Monomeren, entlang von Polymerketten einheitlicher Länge. Die präzise aufgebauten Makromoleküle bilden festgelegte Eigenschaften aus und eignen sich möglicherweise als Informationsspeicher oder synthetische Biomoleküle. Über die neuartige Synthesereaktion berichten die Wissenschaftler nun in der Open Access Publikation Nature Communications. (DOI: 10.1038/NCOMMS13672)

Chemische Reaktionen lassen sich durch Einwirken von Licht bei Zimmertemperatur auslösen. Die Forscher am KIT nutzen diesen Effekt, um unter Licht die...

Im Focus: Neuer Sensor: Was im Inneren von Schneelawinen vor sich geht

Ein neuer Radarsensor erlaubt Einblicke in die inneren Vorgänge von Schneelawinen. Entwickelt haben ihn Ingenieure der Ruhr-Universität Bochum (RUB) um Dr. Christoph Baer und Timo Jaeschke gemeinsam mit Kollegen aus Innsbruck und Davos. Das Messsystem ist bereits an einem Testhang im Wallis installiert, wo das Schweizer Institut für Schnee- und Lawinenforschung im Winter 2016/17 Messungen damit durchführen möchte.

Die erhobenen Daten sollen in Simulationen einfließen, die das komplexe Geschehen im Inneren von Lawinen detailliert nachbilden. „Was genau passiert, wenn sich...

Im Focus: Neuer Rekord an BESSY II: 10 Millionen Ionen erstmals bis auf 7,4 Kelvin gekühlt

Magnetische Grundzustände von Nickel2-Ionen spektroskopisch ermittelt

Ein internationales Team aus Deutschland, Schweden und Japan hat einen neuen Temperaturrekord für sogenannte Quadrupol-Ionenfallen erreicht, in denen...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Von „Coopetition“ bis „Digitale Union“ – Die Fertigungsindustrien im digitalen Wandel

02.12.2016 | Veranstaltungen

Experten diskutieren Perspektiven schrumpfender Regionen

01.12.2016 | Veranstaltungen

Die Perspektiven der Genom-Editierung in der Landwirtschaft

01.12.2016 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Parkinson-Krankheit und Dystonien: DFG-Forschergruppe eingerichtet

02.12.2016 | Förderungen Preise

Smart Data Transformation – Surfing the Big Wave

02.12.2016 | Studien Analysen

Nach der Befruchtung übernimmt die Eizelle die Führungsrolle

02.12.2016 | Biowissenschaften Chemie