Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Besser riechen dank „Zeitschaltung“ im Gehirn

08.07.2016

Gemeinsame Pressemitteilung des Leibniz-Institut für molekulare Pharmakologie (FMP) und des Max-Delbrück-Centrum für Molekulare Medizin in der Helmholtz-Gemeinschaft (MDC)

Ähnliche Gerüche werden bei der Reizverarbeitung im Gehirn durch subtil modulierte Signale auseinandergehalten. Dafür sind Nervenzellen mit hemmenden Eigenschaften wichtig, wie jetzt Hirnuntersuchungen und Verhaltensstudien an Mäusen gezeigt haben.


Die Gewebe des Riechkolbens der Maus unter dem Mikroskop, die Mitralzellen befinden sich im mittleren Bereich. Kcc2 ist grün markiert.

Bild: Kathrin Gödde/FMP/MDC


Die Gewebe des Riechkolbens der Maus ohne Kcc2 unter dem Mikroskop. Es liegt nicht nur weniger grün markiertes Kcc2 vor, gleichzeitig sind mehr hemmende Synapsen (rot) zu beobachten.

Bild: Kathrin Gödde/FMP/MDC.

Gerüchen kommt im täglichen Leben eine zentrale Bedeutung zu: Riecht es schlecht, werden wir zum Beispiel vor verdorbenem Essen gewarnt, der Duft eines wohlschmeckenden Gerichts regt Speichelfluss und Verdauung an. Der Geruchssinn ist eng mit dem vegetativen Nervensystem gekoppelt, das unbewusste Funktionen im Organismus steuert und auch unsere Emotionen beeinflusst.

Ein Team um den Gruppenleiter Prof. Thomas J. Jentsch und die Postdoktorandin Kathrin Gödde vom Leibniz-Institut für molekulare Pharmakologie (FMP) und dem Max-Delbrück-Centrum für Molekulare Medizin in der Helmholtz-Gemeinschaft (MDC) hat zusammen mit Schweizer Kollegen von der Universität Genf nun mehr über diesen zentralen Aspekt der Wahrnehmung herausgefunden.

Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler beschäftigten sich mit der Frage, wie ähnliche Gerüche auseinandergehalten werden – denn unser Geruchssinn ist enorm fein. Eine besondere Note in dem komplexen Duftstoff-Gemisch von frischem Fisch kann uns verraten, ob er noch essbar ist. Im Zentrum der Sinneswahrnehmung stehen dabei die in den eingeatmeten Düften enthaltenen Geruchsmoleküle.

Wie ein Schlüssel ins Schloss passt ein Geruchsmolekül in den Rezeptor auf der Oberfläche der Riechzellen in der Riechschleimhaut. Derart stimuliert, senden die Riechzellen Signale an den Riechkolben im Gehirn, wo sie von Mitral- und Tufted-Nervenzellen (M/T-Zellen) zu elektrischen „Morsecodes“ verarbeitet und in andere Gehirnbereiche weitergeleitet werden.

Jede Riechzelle trägt nur eine Sorte eines Stoff-spezifischen Rezeptors und ist fest mit einer Region im Riechkolben verdrahtet. So entsteht eine räumliche Signatur eines Geruchs im Riechkolben. Für die feinen Unterschiede zwischen den Düften ist aber auch eine zeitliche Kodierung unverzichtbar, wie das Wissenschaftlerteam zeigte.

Um ähnliche Geruchsmoleküle auseinanderzuhalten, wird die Abfolge der Impulse im Morsecode subtil moduliert, und zuvor synchron morsende Zellen geraten aus dem Takt. Für jeden Duft ergibt sich ein individuelles, zeitabhängiges Signalmuster. Bisher wurde vermutet, dass hemmende Signale den Erregungszustand der M/T-Zellen und damit die Morsecodes in ihrer zeitlichen Abfolge beeinflussen und somit zur Unterscheidung ähnlicher Gerüche beitragen. Diese Frage war bisher nicht abschließend geklärt und war Gegenstand der Untersuchung des Forschungsteams.

Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler reduzierten die hemmenden Signale, welche M/T-Zellen im Riechkolben von Mäusen von benachbarten Nervenzellen erhielten, indem sie den Ionentransporter Kcc2 mit genetischen Mitteln in genau diesem Zelltyp ausschalteten. Das elektrische Gleichgewicht der M/T-Zellen war daraufhin derart verändert, dass sie praktisch keine hemmenden Signale mehr erhielten.

Im Verhaltenstest konnten die so genetisch veränderten Tiere eindeutig unterscheidbare Gerüche immer noch gut auseinanderhalten – die hemmenden Signale scheinen also keinen Einfluss auf die normale Riechfähigkeit zu haben. Dafür konnten sie Duftstoff-Mischungen mit nur leicht verschiedenen Mischungsanteilen nicht mehr unterscheiden. Auch in ihrer chemischen Struktur sehr ähnliche Moleküle wie etwa das (+)-Limonen (Zitronengeruch) und das (–)-Limonen (Terpentingeruch) konnten die Tiere nicht auseinanderhalten.

Die Erklärung für dieses Phänomen lieferten die Forscher der Uni Genf. Sie untersuchten die elektrischen Eigenschaften der M/T-Zellen am lebenden Tier. Wurden die hemmenden Signale auf die M/T-Zellen unterdrückt, waren die Neurone stärker erregt, und auch die Erstellung der „Morsecodes“ für unterschiedliche Gerüche war beeinträchtigt. Die duftspezifischen Signaturen waren ähnlicher und weniger gut unterscheidbar.

Kathrin Gödde sagt: „Unsere Ergebnisse weisen nach, dass zeitabhängige Musterbildung in den Signalen der M/T-Zellen mit Hilfe neuronaler Hemmung äußerst wichtig ist, um ähnliche Gerüche im Gehirn unterschiedlich abzubilden und eine Geruchsunterscheidung zu ermöglichen. In dieser Klarheit hat man das vorher nicht nachweisen können.“

###

Kathrin Gödde et al. (2016): „Disruption of Kcc2-dependent inhibition of olfactory bulb output neurons suggests its importance in odour discrimination.“ Nature Communications. DOI: 10.1038/NCOMMS12043

###

Diese Forschungsarbeit wurde durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) und den Exzellenzcluster NeuroCure, den Europäischen Forschungsrat (ERC), den Schweizer Nationalfonds, sowie durch ein Stipendium des Boehringer Ingelheim Fonds gefördert.

Vera Glaßer | Max-Delbrück-Centrum für Molekulare Medizin in der Helmholtz-Gemeinschaft
Weitere Informationen:
http://www.mdc-berlin.de/

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Pflanzen gegen Staunässe schützen
17.10.2017 | Christian-Albrechts-Universität zu Kiel

nachricht Erweiterung des Lichtwegs macht winzige Strukturen in Körperzellen sichtbar
17.10.2017 | Georg-August-Universität Göttingen

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: Sicheres Bezahlen ohne Datenspur

Ob als Smartphone-App für die Fahrkarte im Nahverkehr, als Geldwertkarten für das Schwimmbad oder in Form einer Bonuskarte für den Supermarkt: Für viele gehören „elektronische Geldbörsen“ längst zum Alltag. Doch vielen Kunden ist nicht klar, dass sie mit der Nutzung dieser Angebote weitestgehend auf ihre Privatsphäre verzichten. Am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) entsteht ein sicheres und anonymes System, das gleichzeitig Alltagstauglichkeit verspricht. Es wird nun auf der Konferenz ACM CCS 2017 in den USA vorgestellt.

Es ist vor allem das fehlende Problembewusstsein, das den Informatiker Andy Rupp von der Arbeitsgruppe „Kryptographie und Sicherheit“ am KIT immer wieder...

Im Focus: Neutron star merger directly observed for the first time

University of Maryland researchers contribute to historic detection of gravitational waves and light created by event

On August 17, 2017, at 12:41:04 UTC, scientists made the first direct observation of a merger between two neutron stars--the dense, collapsed cores that remain...

Im Focus: Breaking: the first light from two neutron stars merging

Seven new papers describe the first-ever detection of light from a gravitational wave source. The event, caused by two neutron stars colliding and merging together, was dubbed GW170817 because it sent ripples through space-time that reached Earth on 2017 August 17. Around the world, hundreds of excited astronomers mobilized quickly and were able to observe the event using numerous telescopes, providing a wealth of new data.

Previous detections of gravitational waves have all involved the merger of two black holes, a feat that won the 2017 Nobel Prize in Physics earlier this month....

Im Focus: Topologische Isolatoren: Neuer Phasenübergang entdeckt

Physiker des HZB haben an BESSY II Materialien untersucht, die zu den topologischen Isolatoren gehören. Dabei entdeckten sie einen neuen Phasenübergang zwischen zwei unterschiedlichen topologischen Phasen. Eine dieser Phasen ist ferroelektrisch: das bedeutet, dass sich im Material spontan eine elektrische Polarisation ausbildet, die sich durch ein äußeres elektrisches Feld umschalten lässt. Dieses Ergebnis könnte neue Anwendungen wie das Schalten zwischen unterschiedlichen Leitfähigkeiten ermöglichen.

Topologische Isolatoren zeichnen sich dadurch aus, dass sie an ihren Oberflächen Strom sehr gut leiten, während sie im Innern Isolatoren sind. Zu dieser neuen...

Im Focus: Smarte Sensoren für effiziente Prozesse

Materialfehler im Endprodukt können in vielen Industriebereichen zu frühzeitigem Versagen führen und den sicheren Gebrauch der Erzeugnisse massiv beeinträchtigen. Eine Schlüsselrolle im Rahmen der Qualitätssicherung kommt daher intelligenten, zerstörungsfreien Sensorsystemen zu, die es erlauben, Bauteile schnell und kostengünstig zu prüfen, ohne das Material selbst zu beschädigen oder die Oberfläche zu verändern. Experten des Fraunhofer IZFP in Saarbrücken präsentieren vom 7. bis 10. November 2017 auf der Blechexpo in Stuttgart zwei Exponate, die eine schnelle, zuverlässige und automatisierte Materialcharakterisierung und Fehlerbestimmung ermöglichen (Halle 5, Stand 5306).

Bei Verwendung zeitaufwändiger zerstörender Prüfverfahren zieht die Qualitätsprüfung durch die Beschädigung oder Zerstörung der Produkte enorme Kosten nach...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Smart MES 2017: die Fertigung der Zukunft

18.10.2017 | Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen - Dezember 2017

17.10.2017 | Veranstaltungen

Intelligente Messmethoden für die Bauwerkssicherheit: Fachtagung „Messen im Bauwesen“ am 14.11.2017

17.10.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Seminar zur angewandten Versuchsmethodik und Lebensdauererprobung

18.10.2017 | Seminare Workshops

Smart MES 2017: die Fertigung der Zukunft

18.10.2017 | Veranstaltungsnachrichten

Sicheres Bezahlen ohne Datenspur

17.10.2017 | Informationstechnologie