Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Filter im Gehirn sorgt für klare Ansagen

06.09.2012
DZNE-Forscher: neuronale Hemmung ist Voraussetzung für Gedächtnisbildung

Bei jeder Aktivität im Gehirn werden Signale von einer zur nächsten Nervenzelle weitergegeben. Dabei prasseln oft bis zu tausend auf eine einzelne Zelle ein.


Neuronale Verarbeitung von Hemmung und Erregung in kleinsten Nervenzellfortsätzen. Schematische Darstellung eines winzigen Nervenzellfortsatzes (Dendrit), der erregende und hemmende Signale verarbeitet.
Quelle: C.Müller/DZNE


Nervenzellfortsätze im Fokus Bonner Wissenschaftler: Hochauflösendes mikroskopisches Foto eines Nervenzellfortsatzes (Dendrit) einer lebenden Nervenzelle.
Quelle: C.Müller/DZNE

Damit daraus ein präzises Signal entsteht, besitzt das Gehirn ein ausgeklügeltes Hemmsystem. Wissenschaftler um Prof. Dr. Stefan Remy vom Deutschen Zentrum für Neurodegenerative Erkrankungen und der Universität Bonn zeigen jetzt wie das funktioniert.

„Das System wirkt wie ein Filter, der nur die wichtigsten Impulse durchlässt“, so Remy. „Das bringt gezielte neuronale Muster hervor, die für die Speicherung im Langzeitgedächtnis unerlässlich sind.“ Die Ergebnisse werden am heute in der renommierten Fachzeitschrift „Neuron“ publiziert.

Wie funktioniert dieses Kontrollsystem genau? Wie können hemmende Signale die Aktivität einer Nervenzelle regulieren? Diese Frage stellten sich Stefan Remy und Kollegen. Bekannt ist, dass das System sehr wichtig bei Lernvorgängen ist. So zeigen neueste Erkenntnisse, dass es beispielsweise bei der Alzheimererkrankung gestört ist. Die Wissenschaftler untersuchten Nervenzellen des Hippocampus. Das ist eine Gehirnregion, die eine entscheidende Rolle bei der Gedächtnisbildung spielt.

Ob beim Lernen oder Erinnern – Informationen werden im Gehirn durch Nervenimpulse verarbeitet. Eingehende Signale gehen als erregende Signale in die Nervenzelle ein. Dort werden sie in verästelten Zellfortsätzen, den Dendriten verarbeitet, und selektiv an nachgeschaltete Zellen weitergeleitet. Dabei dienen die Dendriten als effiziente Verstärker hoch präziser Signale.

„Wir konnten zeigen, dass in ganz bestimmten Dendriten, den „starken Dendriten“, eingehende Signale besonders gut verstärkt werden. An „schwachen“ Dendriten ist eine Weiterleitung nur in ganz bestimmten Phasen möglich“, sagt Dr. Christina Müller, Post-Doktorandin in der Arbeitsgruppe von Stefan Remy und Erstautorin der Studie. Die Zellfortsätze sind unterschiedlich stark erregbar. „Starke“ Dendriten leiten vor allem synchrone erregende Signale sehr präzise und verlässlich weiter. Dabei können sie sich jeglicher Hemmung entziehen. Sie stellen so sicher, dass bestimmte, möglicherweise für Lernen und Gedächtnis besonders relevante Signale, zuverlässig weitergeleitet werden. Daraus ergeben sich definierte Aktivitätsmuster, die regelmäßig wiederholt werden. Das kann zu gleichzeitiger Erregung und damit zu einer Verknüpfung bestimmter Zellgruppen führen.

„Man nimmt an, dass diese gemeinsame neuronale Aktivität ein zelluläres Korrelat für Lernvorgänge ist“, so Müller. Denn zur Speicherung von Gedächtnisinhalten ins Langzeitgedächtnis müssen bestimmte Zellgruppen sehr präzise und wiederholt in der gleichen Abfolge aktiviert werden. Diese Aktivitätsmuster werden durch das Hemmsystem ermöglicht. Dies kann erklären, warum der Ausfall des Systems bei der Alzheimer-Erkrankung dramatische Folgen hat. Demnach wäre die Überführung von Inhalten in das Langzeitgedächtnis gestört.

Signale, die die Nervenzelle über „schwache“ Dendriten empfängt, können nur in Phasen schwacher Hemmung weitergegeben werden. Dabei können sie sich verändern und zu „starken“ Dendriten werden. Remy und Kollegen zeigen, dass sie dann ebenfalls zur präzisen Signalübertragung beitragen können. „Intrinsische Plastizität“ nennen die Wissenschaftler das. „Das macht Sinn. Denn auf diese Art können Zellgruppen gekoppelt und diese Kopplung permanent gemacht werden“, erklärt Remy. „Dies ist ein ganz neuer Lernmechanismus. Die Veränderung findet aber nicht wie bisher bekannt an der Synapse, sondern im Dendriten statt.“ Der Mechanismus könnte vor allem in besonderen Aktivitätsphasen stattfinden, zum Beispiel, wenn wir Neues erleben.

Mit ihren Ergebnissen leisten Remy und Kollegen einen wichtigen Baustein zum besseren Verständnis von Lernen und Gedächtnis.

Originalveröffentlichung:
Christina Müller, Heinz Beck, Douglas Coulter & Stefan Remy. Inhibitory control of linear and supralinear dendritic excitation in CA1 pyramidal neurons. Neuron, online publiziert am 5.9.2012. doi: 10.1016/j.neuron.2012.06.025

Kontakt:
Jun.-Prof. Dr. Stefan Remy
Deutsches Zentrum für Neurodegenerative Erkrankungen
Biomedizinisches Zentrum 1
Sigmund-Freud-Str. 25
53105 Bonn
Tel: +49 228 287 51605
Email: Stefan.Remy@dzne.de

Sonja Jülich-Abbas
Deutsches Zentrum für Neurodegenerative Erkrankungen (DZNE)
Holbeinstraße 13-15
53175 Bonn
Tel: +49 228 43302 – 263
Mobil: +49 172 2838930
Email: sonja.juelich-abbas@dzne.de

Sonja Jülich-Abbas | idw
Weitere Informationen:
http://www.dzne.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Neurobiologie - Vorausschauend teilen
27.02.2017 | Ludwig-Maximilians-Universität München

nachricht Evolution: Warum Huftiere im Neogen größer wurden
27.02.2017 | Senckenberg Forschungsinstitut und Naturmuseen

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: Wie Proteine Zellmembranen verformen

Zellen schnüren regelmäßig kleine Bläschen von ihrer Außenhaut ab und nehmen sie in ihr Inneres auf. Daran sind die EHD-Proteine beteiligt, die Professor Oliver Daumke vom MDC erforscht. Er und sein Team haben nun aufgeklärt, wie sich diese Proteine auf der Oberfläche von Zellen zusammenlagern und dadurch deren Außenhaut verformen.

Zellen schnüren regelmäßig kleine Bläschen von ihrer Außenhaut ab und nehmen sie in ihr Inneres auf. Daran sind die EHD-Proteine beteiligt, die Professor...

Im Focus: Safe glide at total engine failure with ELA-inside

On January 15, 2009, Chesley B. Sullenberger was celebrated world-wide: after the two engines had failed due to bird strike, he and his flight crew succeeded after a glide flight with an Airbus A320 in ditching on the Hudson River. All 155 people on board were saved.

On January 15, 2009, Chesley B. Sullenberger was celebrated world-wide: after the two engines had failed due to bird strike, he and his flight crew succeeded...

Im Focus: „Vernetzte Autonome Systeme“ von acatech und DFKI auf der CeBIT

Auf der IT-Messe CeBIT vom 20. bis 24. März präsentieren acatech – Deutsche Akademie der Technikwissenschaften und das Deutsche Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz (DFKI) in Kooperation mit der Deutschen Messe AG vernetzte Autonome Systeme. In Halle 12 am Stand B 63 erwarten die Besucherinnen und Besucher unter anderem Roboter, die Hand in Hand mit Menschen zusammenarbeiten oder die selbstständig gefährliche Umgebungen erkunden.

Auf der IT-Messe CeBIT vom 20. bis 24. März präsentieren acatech – Deutsche Akademie der Technikwissenschaften und das Deutsche Forschungszentrum für...

Im Focus: Kühler Zwerg und die sieben Planeten

Erdgroße Planeten mit gemäßigtem Klima in System mit ungewöhnlich vielen Planeten entdeckt

In einer Entfernung von nur 40 Lichtjahren haben Astronomen ein System aus sieben erdgroßen Planeten entdeckt. Alle Planeten wurden unter Verwendung von boden-...

Im Focus: Mehr Sicherheit für Flugzeuge

Zwei Entwicklungen am Lehrgebiet Rechnerarchitektur der FernUniversität in Hagen können das Fliegen sicherer machen: ein Flugassistenzsystem, das bei einem totalen Triebwerksausfall zum Einsatz kommt, um den Piloten ein sicheres Gleiten zu einem Notlandeplatz zu ermöglichen, und ein Assistenzsystem für Segelflieger, das ihnen das Erreichen größerer Höhen erleichtert. Präsentiert werden sie von Prof. Dr.-Ing. Wolfram Schiffmann auf der Internationalen Fachmesse für Allgemeine Luftfahrt AERO vom 5. bis 8. April in Friedrichshafen.

Zwei Entwicklungen am Lehrgebiet Rechnerarchitektur der FernUniversität in Hagen können das Fliegen sicherer machen: ein Flugassistenzsystem, das bei einem...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Aufbruch: Forschungsmethoden in einer personalisierten Medizin

24.02.2017 | Veranstaltungen

Österreich erzeugt erstmals Erdgas aus Sonnen- und Windenergie

24.02.2017 | Veranstaltungen

Big Data Centrum Ostbayern-Südböhmen startet Veranstaltungsreihe

23.02.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Neurobiologie - Vorausschauend teilen

27.02.2017 | Biowissenschaften Chemie

Energieeffiziente Reinigung von Industrieabgasen

27.02.2017 | Energie und Elektrotechnik

Wie Proteine Zellmembranen verformen

27.02.2017 | Biowissenschaften Chemie