Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Die Macht des Einzelnen: Hemmende Synapsen beeinflussen Signale im Gehirn mit hoher Präzision

06.08.2015

Informationen werden in unserem Gehirn über Billionen von Synapsen von einer Zelle zur nächsten weitergegeben. Für einen optimalen Datenfluss ist jedoch nicht nur die Übertragung von Informationen wichtig, sondern auch ihre gezielte Hemmung.

Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für Neurobiologie in Martinsried konnten nun in Mäusen zeigen, dass selbst einzelne hemmende Synapsen die Signalverarbeitung maßgeblich beeinflussen können. Die Studie ergänzt ein wichtiges Puzzleteil zum Verständnis dieser grundlegenden Gehirnfunktion, die auch bei manchen Krankheiten eine Rolle spielt.


Hemmende Nervenzellen (grün) können über einzelne Synapsen die Signalverarbeitung in Zellen der Großhirnrinde (rot) modulieren oder blockieren.

MPI für Neurobiologie / Müllner

Das menschliche Gehirn besteht aus rund 100 Milliarden Nervenzellen. Jede dieser Zellen ist über mehrere hundert bis tausend Synapsen mit anderen Zellen verbunden. Unser Denken, Handeln und Fühlen, aber auch unsere Organ- und Körperfunktionen werden durch die synaptische Informationsweitergabe gesteuert – in jeder Sekunde sind es viele Billiarden Impulse.

Damit dieser enorme Datenstrom in geregelten Bahnen läuft, gibt es erregende Synapsen, die Informationen zwischen Zellen weitergeben, und hemmende Synapsen, die den Informationsfluss eingrenzen und verändern.

Wie wichtig auch das Unterdrücken unerwünschter Signale ist, zeigt sich unter anderem, wenn die Funktion der hemmenden Synapsen gestört ist: Es kommt zu einer überhöhten Erregung im Gehirn, wie sie zum Beispiel bei Epilepsie zu sehen ist.

Doch auch um zu lernen, oder sich zu erinnern, braucht das Gehirn Nervenzellen, die die Aktivität anderer Nervenzellen regulieren. Die meisten dieser hemmenden Synapsen docken an die Empfangseinheit der Zielzelle an, die Dendriten. Welche Wirkung diese hemmenden Synapsen jedoch genau haben und wie präzise sie agieren, war bislang nicht erforscht.

Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für Neurobiologie konnten nun in Mäusen zeigen, dass selbst einzelne hemmende Synapsen die Signalverarbeitung in den Dendriten anderer Zellen entscheidend beeinflussen. Die Neurobiologen untersuchten den Einfluss der dendritischen Hemmung auf Nervenzellen im Hippocampus, einem Gehirnbereich, in dem unter anderem Kurzzeit- in Langzeiterinnerungen umgewandelt werden.

Mit einer fein abgestimmten Kombination verschiedener Methoden konnten die Forscher durch das Mikroskop beobachten, wie schon einzelne hemmende Synapsen die Stärke und Ausbreitung eines Signals in der gehemmten Nervenzelle erheblich veränderten. Die Ergebnisse zeigen, dass Nervenzellsignale durch hemmende Synapsen mit einer Präzision von wenigen Millisekunden und Mikrometern in ihrer Amplitude reguliert werden können.

Es war bekannt, dass hemmende Nervenzellen eine sehr grundlegende Funktion im Gehirn erfüllen. "Dass aber bereits einzelne hemmende Synapsen eine wichtige Rolle spielen und eine so präzise Wirkung haben, hat uns richtig fasziniert", erklärt Fiona Müllner, die Erstautorin der gerade erschienenen Studie.

Aufbauend auf ihre Ergebnisse konnten die Wissenschaftler mit Hilfe eines Modells zeigen, wie einzelne hemmende Synapsen sogar die synaptische Plastizität, die Grundlage für Lernen und Gedächtnis, kontrollieren könnten. "Uns interessiert jetzt natürlich ganz besonders, welche Einflüsse eine so präzise Hemmung auf die Speicherung von Information im Nervensystem hat ", fügt Tobias Bonhoeffer hinzu, der mit seiner Abteilung am Max-Planck-Institut für Neurobiologie die Grundlagen der synaptischen Plastizität untersucht.

ORIGINALVERÖFFENTLICHUNG
Fiona Müllner, Corette Wierenga, Tobias Bonhoeffer
Precision of Inhibition: Dendritic Inhibition by Individual GABAergic Synapses on Hippocampal Pyramidal Cells Is Confined in Space and Time
Neuron, 5. August 2015

KONTAKT
Dr. Stefanie Merker
Presse- und Öffentlichkeitsarbeit
Max-Planck-Institut für Neurobiologie, Martinsried
Tel.: 089 - 8578 3514
E-Mail: merker@neuro.mpg.de

Prof. Dr. Tobias Bonhoeffer
Abteilung "Synapsen – Schaltkreise – Plastizität"
Max-Planck-Institut für Neurobiologie, Martinsried
Tel.: 089 - 8578 3751
Email: office.bonhoeffer@neuro.mpg.de

Weitere Informationen:

http://www.neuro.mpg.de/bonhoeffer - Webseite der Abteilung von Prof. Tobias Bonhoeffer am Max-Planck-Institut für Neurobiologie

Dr. Stefanie Merker | Max-Planck-Institut für Neurobiologie

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Forscher finden neue Ansätze gegen Wirkstoffresistenzen in der Tumortherapie
15.12.2017 | Universität Leipzig

nachricht Moos verdoppelte mehrmals sein Genom
15.12.2017 | Philipps-Universität Marburg

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: Immunsystem - Blutplättchen können mehr als bislang bekannt

LMU-Mediziner zeigen eine wichtige Funktion von Blutplättchen auf: Sie bewegen sich aktiv und interagieren mit Erregern.

Die aktive Rolle von Blutplättchen bei der Immunabwehr wurde bislang unterschätzt: Sie übernehmen mehr Funktionen als bekannt war. Das zeigt eine Studie von...

Im Focus: First-of-its-kind chemical oscillator offers new level of molecular control

DNA molecules that follow specific instructions could offer more precise molecular control of synthetic chemical systems, a discovery that opens the door for engineers to create molecular machines with new and complex behaviors.

Researchers have created chemical amplifiers and a chemical oscillator using a systematic method that has the potential to embed sophisticated circuit...

Im Focus: Nanostrukturen steuern Wärmetransport: Bayreuther Forscher entdecken Verfahren zur Wärmeregulierung

Der Forschergruppe von Prof. Dr. Markus Retsch an der Universität Bayreuth ist es erstmals gelungen, die von der Temperatur abhängige Wärmeleitfähigkeit mit Hilfe von polymeren Materialien präzise zu steuern. In der Zeitschrift Science Advances werden diese fortschrittlichen, zunächst für Laboruntersuchungen hergestellten Funktionsmaterialien beschrieben. Die hiermit gewonnenen Erkenntnisse sind von großer Relevanz für die Entwicklung neuer Konzepte zur Wärmedämmung.

Von Schmetterlingsflügeln zu neuen Funktionsmaterialien

Im Focus: Lange Speicherung photonischer Quantenbits für globale Teleportation

Wissenschaftler am Max-Planck-Institut für Quantenoptik erreichen mit neuer Speichertechnik für photonische Quantenbits Kohärenzzeiten, welche die weltweite...

Im Focus: Long-lived storage of a photonic qubit for worldwide teleportation

MPQ scientists achieve long storage times for photonic quantum bits which break the lower bound for direct teleportation in a global quantum network.

Concerning the development of quantum memories for the realization of global quantum networks, scientists of the Quantum Dynamics Division led by Professor...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Call for Contributions: Tagung „Lehren und Lernen mit digitalen Medien“

15.12.2017 | Veranstaltungen

Die Stadt der Zukunft nachhaltig(er) gestalten: inter 3 stellt Projekte auf Konferenz vor

15.12.2017 | Veranstaltungen

Mit allen Sinnen! - Sensoren im Automobil

14.12.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Weltrekord: Jülicher Forscher simulieren Quantencomputer mit 46 Qubits

15.12.2017 | Informationstechnologie

Wackelpudding mit Gedächtnis – Verlaufsvorhersage für handelsübliche Lacke

15.12.2017 | Verfahrenstechnologie

Forscher vereinfachen Installation und Programmierung von Robotersystemen

15.12.2017 | Energie und Elektrotechnik