Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Horch her! Wie sich Nervenzellen akustischen Signalen flexibel anpassen

10.04.2014

Je nach Eingangssignal generieren Neurone Aktionspotentiale nah oder entfernt vom Zellkörper, sagen Münchner Forscher vorher. Diese Flexibilität verbessere unsere Fähigkeit, Schallquellen lokalisieren zu können.    

Um akustische Informationen mit hoher zeitlicher Präzision zu verarbeiten, könnten Nervenzellen ihre Arbeitsweise flexibel der Situation anpassen. Bei geringer Frequenz der Eingangssignale erzeugen sie die meisten ausgehenden Aktionspotentiale nah am Zellkörper.


Eine Nervenzelle im Hirnstamm, die akustische Informationen verarbeitet. Je nach Situation lässt sie die Aktionspotentiale am Axon (dünner Fortsatz links) nah oder entfernt vom Zellkörper entstehen.

Felix Felmy, 2014

Nach hemmenden oder hochfrequenten Signalen hingegen lassen die Zellen viele Aktionspotentiale weiter entfernt entstehen. So sind sie maximal empfänglich für die unterschiedlichsten Arten von Eingangssignalen.

Zu dieser Erkenntnis ist ein Team von Wissenschaftlern um Professor Christian Leibold, Professor Benedikt Grothe und Dr. Felix Felmy vom Bernstein Zentrum und dem Bernstein Fokus Neurotechnologie in München, sowie der Ludwig-Maximilians-Universität München mithilfe von Computermodellen gekommen. Die Forscher berichten in der neusten Ausgabe der Zeitschrift Journal of Neuroscience über ihre Ergebnisse.

Kam der Knall von vorne oder von rechts? Um Schallquellen zu lokalisieren, werten Nervenzellen im Hirnstamm die Unterschiede der Ankunftszeit des Signals an beiden Ohren aus. Sie können dazu Differenzen von bis zu zehn millionstel Sekunden detektieren. Diese Fähigkeit verlangt, dass die Neurone sehr schnell erregt werden.

Dabei ändern sie die elektrische Spannung, die über ihre Zellmembran herrscht. Wird ein bestimmter Schwellenwert überschritten, generieren Nervenzellen ein starkes elektrisches Signal – ein sogenanntes Aktionspotential – welches effizient über die weite Strecke ihres Axons weitergeleitet werden kann ohne abgeschwächt zu werden Um den Schwellenwert zu überschreiten werden erregende Eingangssignale aufsummiert. Dies gelingt besser, je langsamer die Nervenzellen die elektrische Spannung über ihren Zellmembranen ändern.

Diese beide Anforderungen – schnelle Spannungsänderungen für eine hohe zeitliche Auflösung der Eingangssignale und langsame Spannungsänderungen für eine optimale Integration der Signale zur Erzeugung eines Aktionspotentials – stellen die Nervenzelle vor eine paradoxe Herausforderung. „Die Natur löst dieses Problem, indem sie beide Vorgänge räumlich trennt: die Eingangssignale werden im Zellkörper und den Dendriten verarbeitet, Aktionspotentiale entstehen im Zellfortsatz, dem Axon“, erklärt Leibold, Leiter der Studie. Doch wie nachhaltig ist diese räumliche Trennung?

In ihrer Studie maßen die Forscher die Geometrie des Axons und den Schwellenwert der entsprechenden Zellen und konstruierten damit ein Computermodell, mit dem sie die Effizienz dieser örtlichen Trennung untersuchten. Das Modell der Wissenschaftler sagt voraus, dass Neurone je nach Situation Aktionspotentiale mehr oder weniger nah am Zellkörper bilden.

Bei hochfrequenten oder hemmenden Eingangssignalen verlagern sie deren Entstehungsort von der Ursprungsstelle des Axons vorzugsweise in weiter entfernte Bereiche. Auf diese Weise stellen die Zellen sicher, dass sie Eingangssignale unterschiedlichster Art optimal verarbeiten – und wir dadurch sowohl kleine als auch große zeitliche Schalldifferenzen gut wahrnehmen und Geräusche im Raum orten können.

Das Bernstein Zentrum München ist Teil des Nationalen Bernstein Netzwerks Computational Neuroscience. Seit 2004 fördert das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) mit dieser Initiative die neue Forschungsdisziplin Computational Neuroscience mit über 170 Mio. €. Das Netzwerk ist benannt nach dem deutschen Physiologen Julius Bernstein (1835-1917).

Weitere Informationen erteilen Ihnen gerne:
Prof. Dr. Christian Leibold
Computational Neuroscience
Department Biology II
Ludwig-Maximilians-Universität München
Großhaderner Straße 2
82152 Planegg-Martinsried
Tel: +49 (0)89 2180-74802
Email: leibold@bio.lmu.de

Originalpublikation:
S. Lehnert, M. C. Ford, O. Alexandrova, F. Hellmundth, F. Felmy, B. Grothe & C. Leibold (2014): Action potential generation in an anatomically constrained model of medial superior olive axons. Journal of Neuroscience, 34(15): 5370—5384.

Weitere Informationen:

http://neuro.bio.lmu.de/research_groups/res-leibold_ch persönliche Webseite Christian Leibold
http://www.bccn-munich.de Bernstein Zentrum München
http://www.uni-muenchen.de Ludwig-Maximilians-Universität München
http://www.nncn.de Nationales Bernstein Netzwerk Computational Neuroscience

Mareike Kardinal | idw - Informationsdienst Wissenschaft

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Zirkuläre RNA wird in Proteine übersetzt
24.03.2017 | Max-Delbrück-Centrum für Molekulare Medizin in der Helmholtz-Gemeinschaft

nachricht Wegweisende Erkenntnisse für die Biomedizin: NAD⁺ hilft bei Reparatur geschädigter Erbinformationen
24.03.2017 | Universität Bayreuth

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: Wegweisende Erkenntnisse für die Biomedizin: NAD⁺ hilft bei Reparatur geschädigter Erbinformationen

Eine internationale Forschergruppe mit dem Bayreuther Biochemiker Prof. Dr. Clemens Steegborn präsentiert in 'Science' neue, für die Biomedizin wegweisende Forschungsergebnisse zur Rolle des Moleküls NAD⁺ bei der Korrektur von Schäden am Erbgut.

Die Zellen von Menschen und Tieren können Schäden an der DNA, dem Träger der Erbinformation, bis zu einem gewissen Umfang selbst reparieren. Diese Fähigkeit...

Im Focus: Designer-Proteine falten DNA

Florian Praetorius und Prof. Hendrik Dietz von der Technischen Universität München (TUM) haben eine neue Methode entwickelt, mit deren Hilfe sie definierte Hybrid-Strukturen aus DNA und Proteinen aufbauen können. Die Methode eröffnet Möglichkeiten für die zellbiologische Grundlagenforschung und für die Anwendung in Medizin und Biotechnologie.

Desoxyribonukleinsäure – besser bekannt unter der englischen Abkürzung DNA – ist die Trägerin unserer Erbinformation. Für Prof. Hendrik Dietz und Florian...

Im Focus: Fliegende Intensivstationen: Ultraschallgeräte in Rettungshubschraubern können Leben retten

Etwa 21 Millionen Menschen treffen jährlich in deutschen Notaufnahmen ein. Im Kampf zwischen Leben und Tod zählt für diese Patienten jede Minute. Wenn sie schon kurz nach dem Unfall zielgerichtet behandelt werden können, verbessern sich ihre Überlebenschancen erheblich. Damit Notfallmediziner in solchen Fällen schnell die richtige Diagnose stellen können, kommen in den Rettungshubschraubern der DRF Luftrettung und zunehmend auch in Notarzteinsatzfahrzeugen mobile Ultraschallgeräte zum Einsatz. Experten der Deutschen Gesellschaft für Ultraschall in der Medizin e.V. (DEGUM) schulen die Notärzte und Rettungsassistenten.

Mit mobilen Ultraschallgeräten können Notärzte beispielsweise innere Blutungen direkt am Unfallort identifizieren und sie bei Bedarf auch für Untersuchungen im...

Im Focus: Gigantische Magnetfelder im Universum

Astronomen aus Bonn und Tautenburg in Thüringen beobachteten mit dem 100-m-Radioteleskop Effelsberg Galaxienhaufen, das sind Ansammlungen von Sternsystemen, heißem Gas und geladenen Teilchen. An den Rändern dieser Galaxienhaufen fanden sie außergewöhnlich geordnete Magnetfelder, die sich über viele Millionen Lichtjahre erstrecken. Sie stellen die größten bekannten Magnetfelder im Universum dar.

Die Ergebnisse werden am 22. März in der Fachzeitschrift „Astronomy & Astrophysics“ veröffentlicht.

Galaxienhaufen sind die größten gravitativ gebundenen Strukturen im Universum, mit einer Ausdehnung von etwa zehn Millionen Lichtjahren. Im Vergleich dazu ist...

Im Focus: Giant Magnetic Fields in the Universe

Astronomers from Bonn and Tautenburg in Thuringia (Germany) used the 100-m radio telescope at Effelsberg to observe several galaxy clusters. At the edges of these large accumulations of dark matter, stellar systems (galaxies), hot gas, and charged particles, they found magnetic fields that are exceptionally ordered over distances of many million light years. This makes them the most extended magnetic fields in the universe known so far.

The results will be published on March 22 in the journal „Astronomy & Astrophysics“.

Galaxy clusters are the largest gravitationally bound structures in the universe. With a typical extent of about 10 million light years, i.e. 100 times the...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Rund 500 Fachleute aus Wissenschaft und Wirtschaft diskutierten über technologische Zukunftsthemen

24.03.2017 | Veranstaltungen

Lebenswichtige Lebensmittelchemie

23.03.2017 | Veranstaltungen

Die „Panama Papers“ aus Programmierersicht

22.03.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Rund 500 Fachleute aus Wissenschaft und Wirtschaft diskutierten über technologische Zukunftsthemen

24.03.2017 | Veranstaltungsnachrichten

Förderung des Instituts für Lasertechnik und Messtechnik in Ulm mit rund 1,63 Millionen Euro

24.03.2017 | Förderungen Preise

TU-Bauingenieure koordinieren EU-Projekt zu Recycling-Beton von über sieben Millionen Euro

24.03.2017 | Förderungen Preise