Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Zur rechten Zeit am rechten Ort

27.06.2014

Um uns im Raum zu orientieren, generiert unser Gehirn ein internes Koordinatensystem. Heidelberger Forscher widerlegen nun das gängige Modell, wie Nervenzellen diese mentale Landkarte erstellen.

Das Futterpellet muss noch weiter hinten liegen – eine Maus befindet sich schnüffelnd auf Futtersuche. Damit wir Entfernungen abschätzen und uns im Raum orientieren können, bildet das Gehirn eine innere räumliche Karte.


Gitterneurone helfen bei der Raumorientierung. Sie feuern, wenn sich die Maus an bestimmten Orten befindet. Von oben betrachtet bildet das Aktivitätsmuster eines Neurons ein hexagonales Muster.

Christina Buetfering, 2014

Dafür sind sogenannte Gitterneuronen wichtig. Sie feuern, wenn sich die Maus an bestimmten Orten befindet. Aus der Vogelperspektive betrachtet bildet das Aktivitätsmuster einer Gitterzelle ein hexagonales Muster im Raum – das ähnlich wie ein Koordinatensystem auf einer Landkarte zu funktionieren scheint (siehe Bild).

Doch wie kommt dieses abstrakte Aktivitätsmuster zustande, das nicht auf sensorische Reize aus der Umwelt beruht? Um Antworten auf diese Frage zu finden, untersuchten Forscher die Verbindungen von Neuronen mithilfe von theoretischen Modellen.

Das derzeit gängigste Modell wird nun von Wissenschaftlern am Bernstein Zentrum Heidelberg/Mannheim und der Abteilung Klinische Neurobiologie an der Medizinischen Fakultät der Universität Heidelberg, sowie dem Deutschen Krebsforschungszentrum (DKFZ) widerlegt, die das Modell mithilfe von Tierexperimenten überprüft haben.

„In unserer Studie haben wir die Nervenzellaktivität bei Mäusen gemessen, die sich frei im Raum bewegen“, erklärt Christina Buetfering, Erstautorin der Studie. „Dabei haben wir sowohl die Gitterzellen angeschaut, als auch Nervenzellen, die diese Gitterzellen untereinander verbinden: die Interneurone“.

Der entscheidende Trick: Die Aktivität der Interneurone konnte in den gentechnisch veränderten Mäusen mithilfe von Lichtsignalen gezielt an- und ausgeschaltet werden. Während sich die Mäuse im Raum zur Futtersuche bewegten, aktivierten die Forscher sie hin und wieder. Das half ihnen die Zellen im gemessenen Datenstrom zu identifizieren und detailliert zu betrachten. Gleichzeitig konnten sie analysieren, wie Gitterzellen auf die Aktivität der Interneurone reagieren – und folglich mit ihnen verbunden sein mussten.

Die Wissenschaftler fanden heraus, dass Interneurone – anders als Gitterzellen – kein räumliches Aktivitätsmuster zeigen. Außerdem sind einzelne Interneurone nicht ausschließlich mit Gitterzellen mit ähnlichem Aktivitätsmuster verbunden. Vielmehr bekommen sie ihre Eingangssignale von ganz unterschiedlichen Gitterzellen und geben sie an verschiedenartigste Nervenzellen weiter. „Mit diesen Ergebnissen konnten wir gleich zwei grundlegende Voraussagen des aktuellen theoretischen Netzwerkmodells widerlegen“, erörtert Buetfering. „Dieses geht davon aus, dass zur Erzeugung der inneren mentalen Karte Gitterzellen mit gleicher räumlicher Ausrichtung ganz eng verbunden sein müssen – was über räumlich aktive Interneurone realisiert zu sein schien.“

Die Hauptaufgabe der Interneurone scheint jedoch eine andere zu sein. Die Zelle geben hemmende Signale an ganz verschiedene Neurone in ihrer Umgebung ab. Sie könnten daher eher eine modulierende Funktion übernehmen und im Hirnareal bei übermäßiger Nervenzellaktivität eine Balance zwischen Erregung und Hemmung herstellen. Auf diese Weise könnten sie epileptischen Anfällen vorbeugen. Der Grund wie es Gitterzellen gelingt, zur rechten Zeit am rechten Ort zu feuern und dadurch ein abstraktes mentales Koordinatensystem zu generieren, ist wiederum etwas mysteriöser geworden.

Das Bernstein Zentrum Heidelberg/Mannheim 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 180 Mio. €. Das Netzwerk ist benannt nach dem deutschen Physiologen Julius Bernstein (1835-1917).

Weitere Informationen erteilen Ihnen gerne:
Prof. Dr. Hannah Monyer
Klinische Neurobiologie (A230)
Deutsches Krebsforschungszentrum
Im Neuenheimer Feld 280
69120 Heidelberg
Tel: +49 (0)6221 42 3100
Email: h.monyer@dkfz.de

Originalpublikation:
C. Buetfering, K. Allen & H. Monyer (2014): Parvalbumin interneurons provide grid cell-driven recurrent inhibition in the medial entorhinal cortex. Nature Neuroscience, advanced online publication
doi: 10.1038/nn.3696

Weitere Informationen:

http://www.dkfz.de/de/klinische-neurobiologie Arbeitsgruppe Hannah Monyer
http://www.uni-heidelberg.de Universität Heidelberg
http://www.klinikum.uni-heidelberg.de Universitätsklinikum Heidelberg
http://www.dkfz.de Deutsches Krebsforschungszentrum
http://www.bccn-heidelberg-mannheim.de Bernstein Zentrum Heidelberg/Mannheim
http://www.nncn.de Nationales Bernstein Netzwerk Computational Neuroscience

Mareike Kardinal | idw - Informationsdienst Wissenschaft

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Kupferhydroxid-Nanopartikel schützen vor toxischen Sauerstoffradikalen im Zigarettenrauch
30.03.2017 | Johannes Gutenberg-Universität Mainz

nachricht Nierentransplantationen: Weisse Blutzellen kontrollieren Virusvermehrung
30.03.2017 | Universität Basel

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: Atome rennen sehen - Phasenübergang live beobachtet

Ein Wimpernschlag ist unendlich lang dagegen – innerhalb von 350 Billiardsteln einer Sekunde arrangieren sich die Atome neu. Das renommierte Fachmagazin Nature berichtet in seiner aktuellen Ausgabe*: Wissenschaftler vom Center for Nanointegration (CENIDE) der Universität Duisburg-Essen (UDE) haben die Bewegungen eines eindimensionalen Materials erstmals live verfolgen können. Dazu arbeiteten sie mit Kollegen der Universität Paderborn zusammen. Die Forscher fanden heraus, dass die Beschleunigung der Atome jeden Porsche stehenlässt.

Egal wie klein sie sind, die uns im Alltag umgebenden Dinge sind dreidimensional: Salzkristalle, Pollen, Staub. Selbst Alufolie hat eine gewisse Dicke. Das...

Im Focus: Kleinstmagnete für zukünftige Datenspeicher

Ein internationales Forscherteam unter der Leitung von Chemikern der ETH Zürich hat eine neue Methode entwickelt, um eine Oberfläche mit einzelnen magnetisierbaren Atomen zu bestücken. Interessant ist dies insbesondere für die Entwicklung neuartiger winziger Datenträger.

Die Idee ist faszinierend: Auf kleinstem Platz könnten riesige Datenmengen gespeichert werden, wenn man für eine Informationseinheit (in der binären...

Im Focus: Quantenkommunikation: Wie man das Rauschen überlistet

Wie kann man Quanteninformation zuverlässig übertragen, wenn man in der Verbindungsleitung mit störendem Rauschen zu kämpfen hat? Uni Innsbruck und TU Wien präsentieren neue Lösungen.

Wir kommunizieren heute mit Hilfe von Funksignalen, wir schicken elektrische Impulse durch lange Leitungen – doch das könnte sich bald ändern. Derzeit wird...

Im Focus: Entwicklung miniaturisierter Lichtmikroskope - „ChipScope“ will ins Innere lebender Zellen blicken

Das Institut für Halbleitertechnik und das Institut für Physikalische und Theoretische Chemie, beide Mitglieder des Laboratory for Emerging Nanometrology (LENA), der Technischen Universität Braunschweig, sind Partner des kürzlich gestarteten EU-Forschungsprojektes ChipScope. Ziel ist es, ein neues, extrem kleines Lichtmikroskop zu entwickeln. Damit soll das Innere lebender Zellen in Echtzeit beobachtet werden können. Sieben Institute in fünf europäischen Ländern beteiligen sich über die nächsten vier Jahre an diesem technologisch anspruchsvollen Projekt.

Die zukünftigen Einsatzmöglichkeiten des neu zu entwickelnden und nur wenige Millimeter großen Mikroskops sind äußerst vielfältig. Die Projektpartner haben...

Im Focus: A Challenging European Research Project to Develop New Tiny Microscopes

The Institute of Semiconductor Technology and the Institute of Physical and Theoretical Chemistry, both members of the Laboratory for Emerging Nanometrology (LENA), at Technische Universität Braunschweig are partners in a new European research project entitled ChipScope, which aims to develop a completely new and extremely small optical microscope capable of observing the interior of living cells in real time. A consortium of 7 partners from 5 countries will tackle this issue with very ambitious objectives during a four-year research program.

To demonstrate the usefulness of this new scientific tool, at the end of the project the developed chip-sized microscope will be used to observe in real-time...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Industriearbeitskreis »Prozesskontrolle in der Lasermaterialbearbeitung ICPC« lädt nach Aachen ein

28.03.2017 | Veranstaltungen

Neue Methoden für zuverlässige Mikroelektronik: Internationale Experten treffen sich in Halle

28.03.2017 | Veranstaltungen

Wie Menschen wachsen

27.03.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Nierentransplantationen: Weisse Blutzellen kontrollieren Virusvermehrung

30.03.2017 | Biowissenschaften Chemie

Zuckerrübenschnitzel: der neue Rohstoff für Werkstoffe?

30.03.2017 | Materialwissenschaften

Integrating Light – Your Partner LZH: Das LZH auf der Hannover Messe 2017

30.03.2017 | HANNOVER MESSE