Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Dopamin - ein Stoff mit vielen Botschaften

18.07.2012
Im Insektengehirn sind Dopamin-ausschüttende Nervenzellen sowohl für die Bildung des Vermeidungs- als auch des Belohnungsgedächtnisses entscheidend

Jedes Kind lernt schnell, negative Situationen zu vermeiden und nach positiven zu streben. Doch nicht nur Menschen können sich an positive und negative Sinneseindrücke erinnern; sogar das verhältnismäßig kleine Gehirn von Fruchtfliegen ist dazu in der Lage.


Leckeres Essen wird zu einer unvergesslichen Belohnung, vor allem wenn wir hungrig sind. Das gilt auch für Fruchtfliegen. © Dr. Pavel Masek

Dabei spielen Nervenzellen eine Rolle, die mit den Pilzkörpern im Fruchtfliegengehirn verbunden sind und den Botenstoff Dopamin enthalten. Forscher des Max-Planck-Instituts für Neurobiologie in Martinsried identifizierten vier verschiedene spezifische Typen solcher Nervenzellen. Drei dieser Nervenzelltypen übernehmen verschiedene Funktionen bei der Speicherung negativer Reize, während der vierte es den Fliegen ermöglicht, sich positive Sinneseindrücke zu merken.

Von frühster Kindheit an lernen wir, Schädlichem aus dem Weg zu gehen und Positives zu suchen. Ein Beispiel für Vermeidungsgedächtnis ist der Stich an den Dornen einer Rose, den wir uns dauerhaft merken. Der Geruch von frischem Essen dagegen wird mit dem Sättigungsgefühl positiv verbunden und ist ein Beispiel für Belohnungsgedächtnis.

Hiromu Tanimoto und seine Kollegen vom Max-Planck-Institut für Neurobiologie haben nun bei der Fruchtfliege die wichtigsten Nervenzelltypen, die an aversiven und Belohnungsprozessen beim Lernvorgang beteiligt sind, lokalisiert und identifiziert. Alle vier der entdeckten Nervenzelltypen enthalten den Botenstoff Dopamin und schütten diesen im Pilzkörper des Fliegengehirns aus. „Es ist erstaunlich, dass so ähnliche Nervenzellen, die so eng benachbart sind, so unterschiedliche Aufgaben haben können“, sagt Tanimoto.

In zwei verschiedenen Studien gelang es den Forschern, die Funktionen der einzelnen Nervenzelltypen zu erforschen. Beim Lernen von Vermeidungsstrategien wurde den Fliegen zunächst ein Duftstoff präsentiert und dieser mit einem negativen Reiz, einem Elektroschock gepaart. Daraufhin lernen die Fliegen diesen Duft in Zukunft zu vermeiden.

In den nächsten Experimenten ersetzten die Wissenschaftler die Elektroschocks durch Aktivierung von Gruppen bestimmter Nervenzellen während der Präsentation des Duftstoffes. Sie beobachteten daraufhin, dass allein die vorübergehende Aktivierung dieser Nervenzellen ausreichend ist als Ersatz eines echten Vermeidungsreizes und zur Bildung eines Gedächtnisses führt - sogar dann, wenn keine realen Reize vorhanden sind.

Die Wissenschaftler konnten außerdem zeigen, dass die drei für das Bestrafungsgedächtnis zuständigen Nervenzelltypen unterschiedliche Funktionen bei der Gedächtnisbildung haben. Dabei geht es vor allem um die Stabilität der Erinnerungen. So ist einer der Zelltypen für die langfristige Speicherung der Eindrücke zuständig, und ein zweiter für die mittelfristige. Der dritte wird für eine kurzfristige Speicherung benötigt, wird jedoch für eine lange Speicherung der Eindrücke nicht gebraucht. „Ein stabiles und funktionsfähiges Gedächtnis für den schädlichen Reiz entsteht also nur durch ein enges Zusammenspiel der drei Zelltypen“, so Tanimoto.

Mit der gleichen Methode zeigten die Forscher, dass Düfte auch mit Belohnung verknüpft werden können. Die Fliegen erinnerten sich an den Geruch und strebten, auch ohne erneut dafür belohnt zu werden, zum Ursprungsort des Geruchs. Die Wissenschaftler wiesen nach, dass auch bei diesem Prozess spezifische Dopamin-haltige Neuronen entscheidend beteiligt sind. Da der Botenstoff Dopamin nicht nur bei Fruchtfliegen und anderen Insekten eine wichtige Rolle spielt, sondern auch beim Menschen für Belohnungslernen benötigt wird, spricht dies für einen hochkonservierten Mechanismus.

RWI/HR
Ansprechpartner
Hiromu Tanimoto
Max-Planck-Institut für Neurobiologie
Telefon: +49 89 8578-3492
Email: hiromut@­neuro.mpg.de
Dr. Stefanie Merker
Max-Planck-Institut für Neurobiologie
Telefon: +49 89 8578-3514
Email: merker@­neuro.mpg.de

Originalpublikationen
Chang Liu, Pierre-Yves Plaçais, Nobuhiro Yamagata, Barret D. Pfeiffer, Yoshinori Aso, Anja B. Friedrich, Igor Siwanowicz, Gerald M. Rubin, Thomas Preat, Hiromu Tanimoto
A subset of dopamine neurons signals reward for odour memory in Drosophila
Nature, 18.Juli 2012, DOI: 10.1038/nature11304
Yoshinori Aso, Andrea Herb, Maite Ogueta, Igor Siwanowicz, Thomas Templier, Anja B. Friedrich, Kei Ito, Henrike Scholz und Hiromu Tanimoto
Three Dopamine Pathways Induce Aversive Odor Memories with Different Stability
PLoS Genet 8(7): e1002768. doi:10.1371/journal.pgen.1002768, 12.Juli 2012

Hiromu Tanimoto | Max-Planck-Institut
Weitere Informationen:
http://www.mpg.de/5898570/gedaechtnisentwicklung

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Immunabwehr ohne Kollateralschaden
23.01.2017 | Universität Basel

nachricht Mikrobe des Jahres 2017: Halobacterium salinarum - einzellige Urform des Sehens
23.01.2017 | Verband Biologie, Biowissenschaften und Biomedizin in Deutschland e.V.

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: Erstmalig quantenoptischer Sensor im Weltraum getestet – mit einem Lasersystem aus Berlin

An Bord einer Höhenforschungsrakete wurde erstmals im Weltraum eine Wolke ultrakalter Atome erzeugt. Damit gelang der MAIUS-Mission der Nachweis, dass quantenoptische Sensoren auch in rauen Umgebungen wie dem Weltraum eingesetzt werden können – eine Voraussetzung, um fundamentale Fragen der Wissenschaft beantworten zu können und ein Innovationstreiber für alltägliche Anwendungen.

Gemäß dem Einstein’schen Äquivalenzprinzip werden alle Körper, unabhängig von ihren sonstigen Eigenschaften, gleich stark durch die Gravitationskraft...

Im Focus: Quantum optical sensor for the first time tested in space – with a laser system from Berlin

For the first time ever, a cloud of ultra-cold atoms has been successfully created in space on board of a sounding rocket. The MAIUS mission demonstrates that quantum optical sensors can be operated even in harsh environments like space – a prerequi-site for finding answers to the most challenging questions of fundamental physics and an important innovation driver for everyday applications.

According to Albert Einstein's Equivalence Principle, all bodies are accelerated at the same rate by the Earth's gravity, regardless of their properties. This...

Im Focus: Mikrobe des Jahres 2017: Halobacterium salinarum - einzellige Urform des Sehens

Am 24. Januar 1917 stach Heinrich Klebahn mit einer Nadel in den verfärbten Belag eines gesalzenen Seefischs, übertrug ihn auf festen Nährboden – und entdeckte einige Wochen später rote Kolonien eines "Salzbakteriums". Heute heißt es Halobacterium salinarum und ist genau 100 Jahre später Mikrobe des Jahres 2017, gekürt von der Vereinigung für Allgemeine und Angewandte Mikrobiologie (VAAM). Halobacterium salinarum zählt zu den Archaeen, dem Reich von Mikroben, die zwar Bakterien ähneln, aber tatsächlich enger verwandt mit Pflanzen und Tieren sind.

Rot und salzig
Archaeen sind häufig an außergewöhnliche Lebensräume angepasst, beispielsweise heiße Quellen, extrem saure Gewässer oder – wie H. salinarum – an...

Im Focus: Innovatives Hochleistungsmaterial: Biofasern aus Florfliegenseide

Neuartige Biofasern aus einem Seidenprotein der Florfliege werden am Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung IAP gemeinsam mit der Firma AMSilk GmbH entwickelt. Die Forscher arbeiten daran, das Protein in großen Mengen biotechnologisch herzustellen. Als hochgradig biegesteife Faser soll das Material künftig zum Beispiel in Leichtbaukunststoffen für die Verkehrstechnik eingesetzt werden. Im Bereich Medizintechnik sind beispielsweise biokompatible Seidenbeschichtungen von Implantaten denkbar. Ein erstes Materialmuster präsentiert das Fraunhofer IAP auf der Internationalen Grünen Woche in Berlin vom 20.1. bis 29.1.2017 in Halle 4.2 am Stand 212.

Zum Schutz des Nachwuchses vor bodennahen Fressfeinden lagern Florfliegen ihre Eier auf der Unterseite von Blättern ab – auf der Spitze von stabilen seidenen...

Im Focus: Verkehrsstau im Nichts

Konstanzer Physiker verbuchen neue Erfolge bei der Vermessung des Quanten-Vakuums

An der Universität Konstanz ist ein weiterer bedeutender Schritt hin zu einem völlig neuen experimentellen Zugang zur Quantenphysik gelungen. Das Team um Prof....

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Hybride Eisschutzsysteme – Lösungen für eine sichere und nachhaltige Luftfahrt

23.01.2017 | Veranstaltungen

Mittelstand 4.0 – Mehrwerte durch Digitalisierung: Hintergründe, Beispiele, Lösungen

20.01.2017 | Veranstaltungen

Nachhaltige Wassernutzung in der Landwirtschaft Osteuropas und Zentralasiens

19.01.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Wie der Nordatlantik zum Wärmepirat wurde

23.01.2017 | Geowissenschaften

Immunabwehr ohne Kollateralschaden

23.01.2017 | Biowissenschaften Chemie

Erstmalig quantenoptischer Sensor im Weltraum getestet – mit einem Lasersystem aus Berlin

23.01.2017 | Physik Astronomie