Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Das Gehirn vernetzt sich von allein

21.04.2017

Göttinger Neurowissenschaftler widerlegen Lehrsatz zur Hirnentwicklung

Nach der gängigen Lehrmeinung müssen Nervenzellen im Gehirn aktiv miteinander kommunizieren, um funktionsfähige Netzwerke zu etablieren. Mit einem eleganten genetischen Trick haben die Göttinger Neurowissenschaftler Albrecht Sigler und Cordelia Imig vom Max-Planck-Institut für experimentelle Medizin in Göttingen nun nachgewiesen, dass sich Nervenzellen in wichtigen Hirnregionen auch ganz ohne aktive Signalübertragung miteinander zu normal strukturierten Netzwerken verknüpfen können.


Nervenzelle im Hippokampus der Maus. Verschiedene Typen dendritischer Dornen sind teilweise durch farbige 'Auren' hervorgehoben.

MPI f. experimentelle Medizin

Das menschliche Gehirn verarbeitet Informationen in einem gigantischen Netzwerk von 100 Milliarden Nervenzellen, die über 100 Billionen Kontaktstellen – sogenannte Synapsen – miteinander verbunden sind.

An diesen Synapsen führen elektrische Impulse einer sendenden Nervenzelle zur Freisetzung von chemischen Botenstoffen, die von nachgeschalteten Nervenzellen empfangen und wieder in elektrische Signale umgewandelt werden. Auf diesem Prinzip der chemischen Signalübertragung basiert die Kommunikation aller Nervenzellen, die in Form von Netzwerken für die Steuerung aller Körperfunktionen verantwortlich sind.

Der wichtigste Botenstoff im Gehirn, Glutamat, wird an so genannten „spine“-Synapsen übertragen, deren empfangender Teil aus kurzen Ausstülpungen von Nervenzellfortsätzen besteht - den „spines“ oder dendritischen Dornen. Diese Dornen sind winzige zelluläre Schalteinheiten, die sowohl für die normale Signalübertragung als auch für komplexe Hirnfunktionen wie etwa Lernprozesse von fundamentaler Bedeutung sind. Und ein seit Jahrzehnten geltendes Dogma der Hirnforschung besagt, dass die Ausbildung von Dornen-Synapsen von einer aktiven Glutamat-Freisetzung durch sendende Nervenzellen abhängig ist.

Albrecht Sigler und Codelia Imig, die bei Jeong Seop Rhee und Nils Brose am Göttinger Max-Planck-Institut für experimentelle Medizin forschen, haben dieses Dogma nun zusammen mit Kollegen des Max Planck Florida Institute for Neuroscience in den USA widerlegt. Mithilfe genetisch veränderter Mäuse, in denen die synaptische Botenstoff-Ausschüttung komplett lahmgelegt ist, konnten sie nachweisen, dass eine normale Entwicklung von Dornen-Synapsen auch ganz ohne Glutamat-Freisetzung erfolgen kann.

„Als wir die Daten zum ersten Mal bei einer Konferenz vorgestellt haben, wollten uns die Kollegen zunächst nicht glauben“, berichtet Imig. Aber die Datenlage ist eindeutig. Albrecht Sigler ergänzt: „Nervenzellen im Hippokampus, einer für Lernprozesse essentiellen Hirnregion, bilden Dornen-Synapsen in normaler Zahl und mit einer normalen Verteilung entlang ihrer Fortsätze, auch wenn es keine Botenstoffausschüttung gibt.“

Es gibt offenbar ein zelluläres Programm im Hippokampus, das die Vernetzung von Nervenzellen in dieser Hirnregion steuert und bei dem synaptische Botenstoff-Signale keine Rolle spielen. Erst das so entstehende Netzwerk bildet dann die Basis für durch Hirnaktivität ausgelöste Veränderungen der Synapsen-Verschaltung. „Aber während der initialen Netzwerk-Entwicklung scheint synaptische Aktivität keine Rolle zu spielen", erklärt Siegler. „Die aus vielen Studien gefolgerte Aktivitätsabhängigkeit der Dornen-Entwicklung wurde schlichtweg überschätzt.“

Originalveröffentlichung:
Sigler, A., Oh, W.C., Imig, C., Altas, B., Kawabe, H., Cooper, B.H., Kwon, H.-B., Rhee, J.-S. und Brose, N. (2017) Formation and maintenance of functional spines in the absence of presynaptic glutamate release. Neuron, 19. April 2017

Kontakt:
Prof. Dr. JeongSeop Rhee
Max-Planck-Institut für Experimentelle Medizin, Göttingen
Telefon: +49 551 3899 694
Fax: +49 551 3899 715
E-mail: rhee@em.mpg.de

Prof. Dr. Nils Brose
Max-Planck-Institut für Experimentelle Medizin, Göttingen
Telefon: +49 551 3899 725
Fax: +49 551 3899 715
E-mail: brose@em.mpg.de

Dr. Harald Rösch | Max-Planck-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften e.V.
Weitere Informationen:
http://www.mpg.de/

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Polymere aus Bor produzieren
18.01.2018 | Julius-Maximilians-Universität Würzburg

nachricht Modularer Genverstärker fördert Leukämien und steuert Wirksamkeit von Chemotherapie
18.01.2018 | Deutsches Krebsforschungszentrum

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: Fliegen wird smarter – Kommunikationssystem LYRA im Lufthansa FlyingLab

• Prototypen-Test im Lufthansa FlyingLab
• LYRA Connect ist eine von drei ausgewählten Innovationen
• Bessere Kommunikation zwischen Kabinencrew und Passagieren

Die Zukunft des Fliegens beginnt jetzt: Mehrere Monate haben die Finalisten des Mode- und Technologiewettbewerbs „Telekom Fashion Fusion & Lufthansa FlyingLab“...

Im Focus: Ein Atom dünn: Physiker messen erstmals mechanische Eigenschaften zweidimensionaler Materialien

Die dünnsten heute herstellbaren Materialien haben eine Dicke von einem Atom. Sie zeigen völlig neue Eigenschaften und sind zweidimensional – bisher bekannte Materialien sind dreidimensional aufgebaut. Um sie herstellen und handhaben zu können, liegen sie bislang als Film auf dreidimensionalen Materialien auf. Erstmals ist es Physikern der Universität des Saarlandes um Uwe Hartmann jetzt mit Forschern vom Leibniz-Institut für Neue Materialien gelungen, die mechanischen Eigenschaften von freitragenden Membranen atomar dünner Materialien zu charakterisieren. Die Messungen erfolgten mit dem Rastertunnelmikroskop an Graphen. Ihre Ergebnisse veröffentlichen die Forscher im Fachmagazin Nanoscale.

Zweidimensionale Materialien sind erst seit wenigen Jahren bekannt. Die Wissenschaftler André Geim und Konstantin Novoselov erhielten im Jahr 2010 den...

Im Focus: Forscher entschlüsseln zentrales Reaktionsprinzip von Metalloenzymen

Sogenannte vorverspannte Zustände beschleunigen auch photochemische Reaktionen

Was ermöglicht den schnellen Transfer von Elektronen, beispielsweise in der Photosynthese? Ein interdisziplinäres Forscherteam hat die Funktionsweise wichtiger...

Im Focus: Scientists decipher key principle behind reaction of metalloenzymes

So-called pre-distorted states accelerate photochemical reactions too

What enables electrons to be transferred swiftly, for example during photosynthesis? An interdisciplinary team of researchers has worked out the details of how...

Im Focus: Erstmalige präzise Messung der effektiven Ladung eines einzelnen Moleküls

Zum ersten Mal ist es Forschenden gelungen, die effektive elektrische Ladung eines einzelnen Moleküls in Lösung präzise zu messen. Dieser fundamentale Fortschritt einer vom SNF unterstützten Professorin könnte den Weg für die Entwicklung neuartiger medizinischer Diagnosegeräte ebnen.

Die elektrische Ladung ist eine der Kerneigenschaften, mit denen Moleküle miteinander in Wechselwirkung treten. Das Leben selber wäre ohne diese Eigenschaft...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

LED Produktentwicklung – Leuchten mit aktuellem Wissen

18.01.2018 | Veranstaltungen

6. Technologie- und Anwendungsdialog am 18. Januar 2018 an der TH Wildau: „Intelligente Logistik“

18.01.2018 | Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen - März 2018

17.01.2018 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Fliegen wird smarter – Kommunikationssystem LYRA im Lufthansa FlyingLab

18.01.2018 | Informationstechnologie

Optimierter Einsatz magnetischer Bauteile - Seminar „Magnettechnik Magnetwerkstoffe“

18.01.2018 | Seminare Workshops

LED Produktentwicklung – Leuchten mit aktuellem Wissen

18.01.2018 | Veranstaltungsnachrichten