Lernbremsen im Gehirn

Ein lernfähiges Gehirn ist überlebenswichtig, denn nur wer lernt, kann in der Natur bestehen. Beim Lernen speichert das Gehirn neue Informationen, indem es die Verbindungsstärke zwischen Nervenzellen verändert. Ein Vorgang, der als synaptische Plastizität bezeichnet wird.

Wissenschaftler am Max-Planck-Institut für Hirnforschung in Frankfurt haben zusammen mit Forschern aus Basel erstmals nachgewiesen, dass beim Lernen hemmende Nervenzellen zumindest teilweise blockiert werden müssen. Diese Enthemmung fungiert dabei ähnlich wie das Loslassen des Bremspedals im Auto: Sind die hemmenden Nervenzellen weniger aktiv, beschleunigt sich das Lernen.

Lernen ist oft eine Frage des Timings: Unterschiedliche Reize werden besonders leicht miteinander verknüpft, wenn sie zeitlich eng aufeinanderfolgen. Die Max-Planck-Wissenschaftler haben sich dies in Konditionierungsexperimenten zunutze gemacht, in denen Mäuse lernten, auf einen Ton zu reagieren.

Damit dieser Lerneffekt eintreten kann, müssen die Synapsen auf den sogenannten Hauptnervenzellen der Amygdala empfindlicher werden. Die Forscher konzentrierten sich auf zwei Arten von hemmenden Nervenzellen, die die Proteine Parvalbumin und Somatostatin bilden. Beide Nervenzelltypen hemmen die Hauptnervenzellen der Amygdala.

Die Ergebnisse der Max-Planck-Forscher zeigen, dass beide Zelltypen während unterschiedlicher Phasen des Lernvorgangs gehemmt werden. Durch diese Enthemmung werden die Hauptnervenzellen stärker aktiviert. Durch den Einsatz von Optogenetik konnten die Forscher zudem das Lernverhalten der Mäuse steuern.

Dabei statteten sie die beiden Arten von hemmenden Nervenzellen in der Amygdala mit lichtempfindlichen Ionenkanälen aus und schalteten so die Neurone mittels Licht gezielt an oder aus. „Wenn wir die Enthemmung verhindern, lernen die Mäuse schlechter. Im Gegensatz dazu führt eine Verstärkung der Enthemmung zu intensiverem Lernen“, sagt Johannes Letzkus vom Max-Planck-Institut für Hirnforschung. Als nächstes wollen die Wissenschaftler die Nervenbahnen identifizieren, die an der Enthemmung beteiligt sind.

Originalpublikation:
Steffen B. E. Wolff, Jan Gründemann, Philip Tovote, Sabine Krabbe, Gilad A. Jacobson, Christian Müller, Cyril Herry, Ingrid Ehrlich, Rainer W. Friedrich, Johannes J. Letzkus* and Andreas Lüthi
Amygdala interneuron subtypes control fear learning through disinhibition.
Nature, online vorab veröffentlicht; 11. Mai 2014

Ansprechpartner:
Dr. Johannes Letzkus
Max-Planck-Institut für Hirnforschung, Frankfurt am Main
Telefon: +49 69 850033-1430
E-Mail:johannes.letzkus@brain.mpg.de

Dr. Arjan Vink
Max-Planck-Institut für Hirnforschung, Frankfurt am Main
Telefon: +49 69 850033-2900
Fax: +49 69 850033-2999
E-Mail:pr@brain.mpg.de