Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Bestimmter Glutamat-Rezeptor unterstützt optimale Informationsverarbeitung im Gehirn

30.03.2015

Lernen und Gedächtnisbildung faszinieren die Forschung seit langem, und noch immer sind viele Fragen ungeklärt.

Die Bochumer Neurowissenschaftler Prof. Dr. Denise Manahan-Vaughan und Dr. Hardy Hagena sind jetzt einem weiteren Baustein dieses komplexen Prozesses auf die Spur gekommen. Ein bestimmter Rezeptor, der metabotrope Glutamat 5-Rezeptor, dient als Schalter, um im Hippokampus, einer für das Gedächtnis entscheidenden Gehirnregion, gegensätzliche Formen der Anpassung zu aktivieren. Sie berichten in der aktuellen Ausgabe des „Journal of Neuroscience“.

Kontaktstellen zwischen Nervenzellen verarbeiten verschiedene Informationen

Die Gehirnregion um den Hippokampus ist entscheidend an der Gedächtnisbildung und der Verarbeitung räumlicher Informationen beteiligt. Der Hippokampus selbst lässt sich in verschiedene Regionen unterteilen: den Gyrus dentatus, Cornu ammonis (CA) 3 und CA1. Die zu verarbeitenden Informationen durchlaufen wie in einer Einbahnstraße nacheinander diese drei Regionen, wobei jede Region unterschiedliche räumliche Informationen der Umwelt verarbeitet.

Eine besondere Rolle spielt hierbei CA3. Sie erhält zum einen Informationen über die sogenannten Moosfasern (MF), die aus Nervenzellen des Gyrus dentatus stammen und mit den Pyramidenneuronen in CA3 Kontaktstellen bilden, die Synapsen, in diesem Fall MF-CA3-Synapsen. Zum anderen kommunizieren aber auch Nervenzellen aus der CA3-Region sowohl derselben als auch der benachbarten Gehirnhälfte über bestimmte Fasern – die assoziativ/commissural (AC)-Fasern – auf CA3-Zellen und bilden hier die AC-CA3-Synapsen.

„Wir haben bereits gezeigt, dass diese zwei Synapsen unterschiedliche Arten von Informationen verarbeiten und dass diese unterschiedliche Art der Informationsverarbeitung vermutlich verantwortlich dafür ist, dass die CA3-Region eine wichtige Rolle beim Arbeitsgedächtnis sowie bei der ‚pattern completion‘ spielt, einem Vorgang, der dazu dient, dass wir eine gesamte und komplexe Erinnerung aus einem kleinen Fragment wiederherstellen können“, erklärt Hardy Hagena.

Anpassung an Anforderungen: synaptische Plastizität

Doch wie kommt es dazu, dass Informationen an MF-CA3- und AC-CA3-Synapsen unterschiedlich verarbeitet werden? Auf Ebene der Nervenzellen führt die Verarbeitung von Informationen zu einer Anpassung an die Anforderungen, also praktisch einem Gedächtniseffekt. Die Forscher sprechen von synaptischer Plastizität. Sie äußert sich in zwei Formen: als Langzeitpotenzierung (long-term potentiation, LTP), einer Verstärkung der synaptischen Übertragung, und als Langzeitdepression (long-term depression, LTD), einer Abschwächung der synaptischen Übertragung.

Sowohl LTP als auch LTD codieren dabei verschiedene Arten von räumlichen Informationen. Vorangegangene Studien haben für verschiedene Hirnregionen gezeigt, dass der metabotrope Glutamat 5-Rezeptor (mGlu5-Rezeptor) eine bedeutende Rolle bei dieser lang anhaltenden Form der synaptischen Plastizität spielt.

Wie der Rezeptor die Gedächtnisbildung beeinflusst

„Aufgrund dieser Erkenntnisse war es besonders interessant herauszufinden, ob und inwiefern der mGlu5-Rezeptor die synaptische Plastizität und damit auch die Gedächtnisbildung in der CA3-Region beeinflusst“, erklärt Hagena. Die Forscher schalteten den Rezeptor pharmakologisch in MF-CA3-Synapsen aus und stimulierten dann die entsprechenden informationsübertragenden Fasern. Daraufhin stellten sie zwar keine LTP mehr fest, konnten aber weiterhin LTD beobachten.

Im Gegensatz dazu kam es bei Ausschaltung des mGlu5-Rezeptors in AC-CA3-Synapsen zu einer Blockierung von LTD, aber nicht von LTP. „Diese Ergebnisse zeigen, dass bei einer Aktivierung des mGlu5-Rezeptors vorzugsweise LTP in den MF-CA3-Synapsen und LTD in den AC-CA3-Synapsen hervorgerufen wird“, folgern die Forscher.

Faszinierender Einblick in die Funktionsweise der Hippokampusregion

„Diese Ergebnisse erlauben uns einen faszinierenden Einblick in die Funktionsweise und Regulierung synaptischer Plastizität in der CA3-Region des Hippokampus“, so die Bilanz der Forscher. „Besonders interessant ist der Einfluss des mGlu5-Rezeptors, der bei Aktivierung, z.B. bei Lernvorgängen, bei der Verarbeitung neuer Informationen der Umwelt oder auch während Prozessen wie der ‚pattern completion‘ die Richtung der synaptischen Plastizität vorgibt, indem LTP bevorzugt an MF-CA3-Synapsen hervorgerufen wird und LTD an AC-CA3-Synapsen.“

Diese gegensätzliche Regulation der synaptischen Plastizität unterstützt eine optimale Informationsverarbeitung und -speicherung und unterstreicht die einzigartige Rolle dieser Region bei Lernvorgängen und der Gedächtnisbildung.

Titelaufnahme

H. Hagena, D. Manahan-Vaughan (2015): mGlu5 acts as a switch for opposing forms of synaptic plasticity at mossy fiber-CA3 and commissural associational-CA3 Synapses, The Journal of Neuroscience, DOI: 10.1523/JNEUROSCI.3417-14.2015

Weitere Informationen

Dr. Hardy Hagena, Prof. Dr. Denise Manahan-Vaughan, Abteilung für Neurophysiologie, Medizinische Fakultät der Ruhr-Universität, 44780 Bochum, Tel. 0234/32-22042, hardy.hagena@rub.de; Denise.Manahan-Vaughan@rub.de

Redaktion: Meike Drießen

Dr. Julia Weiler | idw - Informationsdienst Wissenschaft
Weitere Informationen:
http://www.ruhr-uni-bochum.de/

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Die Kieler Förde – ein Trainingsbecken für Miesmuscheln
28.04.2017 | GEOMAR Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung Kiel

nachricht Leipziger Forscher kreieren borhaltiges künstliches Vitamin
28.04.2017 | 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: 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,...

Im Focus: Leichtbau serientauglich machen

Immer mehr Autobauer setzen auf Karosserieteile aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK). Dennoch müssen Fertigungs- und Reparaturkosten weiter gesenkt werden, um CFK kostengünstig nutzbar zu machen. Das Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH) hat daher zusammen mit der Volkswagen AG und fünf weiteren Partnern im Projekt HolQueSt 3D Laserprozesse zum automatisierten Besäumen, Bohren und Reparieren von dreidimensionalen Bauteilen entwickelt.

Automatisiert ablaufende Bearbeitungsprozesse sind die Grundlage, um CFK-Bauteile endgültig in die Serienproduktion zu bringen. Ausgerichtet an einem...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Jenaer Akustik-Tag: Belastende Geräusche minimieren - für den Schutz des Gehörs

27.04.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Die Kieler Förde – ein Trainingsbecken für Miesmuscheln

28.04.2017 | Biowissenschaften Chemie

Mikroskop im Kugelschreiberformat: Auf dem Weg zur endoskopischen Krebsdiagnose

28.04.2017 | Medizintechnik

Leipziger Forscher kreieren borhaltiges künstliches Vitamin

28.04.2017 | Biowissenschaften Chemie