Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Spiegelneuronen auf der Spur: Nicht jede Technik kann sie erkennen

19.02.2013
Tübinger Forscher untersuchten, wie sich Spiegelneurone, die für das Verständnis von Handlungen verantwortlich gemacht werden, verhalten, wenn die gleiche Aktion wiederholt beobachtet wird. Dafür haben sie deren Antworten in der Großhirnrinde von Affen aufgezeichnet.
Das überraschende Ergebnis der Studie, die im Fachjournal Nature Communications erschienen ist: Spiegelneurone vermindern ihr Antwortverhalten nicht. Das widerspricht der ursprünglichen Annahme der Forscher, dass Spiegelneurone – so wie andere Nervenzellen auch – auf die häufige Wiederholung ein und desselben Reizes mit einer verminderten Aktivität (Adaptation) reagieren.

Die Studienergebnisse machen es nun notwendig, auf genau dieser Annahme beruhende, bereits durchgeführte Neuro-Imaging-Studien neu zu interpretieren. Verblüffenderweise hatten diese Studien eine Adaptation gezeigt. Für diese scheinbar im Widerspruch stehenden Ergebnisse, haben die Forscher des Hertie-Instituts für klinische Hirnforschung (HIH) und des Centrums für Integrative Neurowissenschaften (CIN) der Universität Tübingen eine Erklärung gefunden.

Spiegelneurone reagieren auf zielgerichtete Handlungen

Spiegelneurone sind, wie alle anderen Nervenzellen auch, erregbar und können diese Erregung an andere Nervenzellen weitergeben. Das geschieht mit Hilfe von elektrischen Impulsen. Sie "feuern" bis zu mehrere Hundert Mal pro Sekunde. Dieses "Feuern" ist direkt mit einer Elektrode messbar. Bereits in der Vergangenheit hatten Forscher herausgefunden, dass Spiegelneurone Handbewegungen steuern, die auf ein bestimmtes Ziel hin, wie zum Beispiel ein Stück Apfel, ausgerichtet sind. Das Besondere der Spiegelneurone liegt jedoch darin, dass sie gleichermaßen aktiv sind, wenn solche zielgerichteten Handlungen nur beobachtet werden. Dadurch könnten sie eine entscheidende Rolle für das Verständnis der Handlungen anderer Menschen spielen.

Unerwartetes Entladungsmuster verblüfft Forscher

„Überraschenderweise zeigte sich nun jedoch, dass zwei Drittel der Spiegelneurone ihr Entladungsmuster nicht, wie bisher angenommen, adaptieren“ sagt Dr. Jörn Pomper, Wissenschaftler am Hertie-Institut für klinische Hirnforschung (HIH) und der Universität Tübingen. Studien, die mit der funktionellen Magnetresonanztomografie (fMRT) durchgeführt wurden, hatten das Gegenteil erwarten lassen: hier hatte sich eine Anpassung der Aktivität gezeigt, das heißt sie nahm bei der Wiederholung desselben Reizes ab.

Nicht jede Technik erkennt sie

Die mittels fMRT gemessene Aktivität misst nur indirekt das „Feuern“ von Nervenzellen. Sie bestimmt lediglich Änderungen im Blutfluss über den Sauerstoffgehalt der roten Blutkörperchen. Experten sprechen dann von einem BOLD-Effekt. Dieser wird durch den Energiebedarf aktiver Nervenzellen hervorgerufen. Dazu tragen auch Eingangssignale, bestimmte Verarbeitungsschritte in den Zellfortsätzen (Dendriten) und Zellkörpern von Nervenzellen sowie die Aktivität von Gliazellen, ein weiterer Bestandteil des Nervensystems bei. „Folglich lassen sich keine Rückschlüsse über das Verhalten einzelner Zellen aus BOLD-Signalen ziehen“, sagt Dr. Vittorio Caggiano, bislang Wissenschaftler am Hertie-Institut für klinische Hirnforschung und dem Centrum für Integrative Neurowissenschaften (CIN) der Universität Tübingen(1). Die bisherige Annahme hatte darin bestanden, dass der experimentell beobachteten Verminderung des BOLD-Effektes, wenn die gleiche Handlung zunächst ausgeführt und danach beobachtet wird, eine Adaptation von Nervenzellen zugrunde liegt. Aufgrund der aktuellen Studienergebnisse kann die bisherige Interpretation der BOLD-Adaptation nicht aufrechterhalten werden, so die Studienautoren.

Nur wie erklärt sich dann die BOLD-Adaptation? Eine Antwort darauf können die Forscher anhand der zusätzlich erhobenen lokalen Feldpotentiale (LFP) des Gehirns geben: Diese zeigen tatsächlich die erwartete Adaptation und könnten damit die Daten aus der funktionellen MRT erklären. Bei allen Nervenzellen verläuft die Signal-Übertragung über Eingangs- und gegebenenfalls Ausgangsignale, sogenannte Aktionspotentiale. Wird ein Eingangssignal in ein Ausgangssignal übertragen, führt das zur Ausschüttung von Neurotransmittern. Diese wiederum regen als Übertragungssignal die nächsten Nervenzellen an. Lokale Feldpotentiale sind, so die Vermutung der Forscher, Ausdruck von Eingangssignalen aus anderen Hirnarealen und ihrer lokalen Verarbeitung.

Neue Interpretation bestehender Studien

„Eine 1:1 Übertragung von fMRT-Daten auf die Aktivität von Spiegelneuronen ist damit nicht möglich. Dadurch ergibt sich aus unserer Sicht die Notwendigkeit, die auf Adaptation beruhenden fMRT-Studien neu zu interpretieren“, resümiert Professor Peter Thier, Vorstand des Hertie-Instituts für klinische Hirnforschung und Sprecher des Centrums für Integrative Neurowissenschaften (CIN) der Universität Tübingen.

(1) Aktuelle Adresse: McGovern Institute for Brain Research, Massachusetts Institute of Technology (MIT)

Originaltitel der Publikation
Mirror neurons in monkey area F5 do not adapt to the observation of repeated actions; Vittorio Caggiano, Joern K. Pomper, Falk Fleischer, Leonardo Fogassi, Martin Giese & Peter Thier; Nature Communications 4, Article number: 1433 doi:10.1038/ncomms2419; Received 31 May 2012, Accepted 20 December 2012, Published 05 February 2013; http://www.nature.com/ncomms/journal/v4/n2/full/ncomms2419.html

Pressekontakt bei Rückfragen
Silke Jakobi
Leiterin Kommunikation
HIH Hertie-Institut für klinische Hirnforschung
Zentrum für Neurologie, Universitätsklinikum Tübingen
Otfried-Müller-Str. 27
72076 Tübingen
Tel. 07071/29-88800
silke.jakobi(at)medizin.uni-tuebingen.de

Silke Jakobi | idw
Weitere Informationen:
http://www.uni-tuebingen.de
http://www.nature.com/ncomms/journal/v4/n2/full/ncomms2419.html

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Medizin Gesundheit:

nachricht Abstoßung von Spenderorganen: Neue Biomarker sollen Komplikationen verhindern
15.12.2017 | Deutsche Herzstiftung e.V./Deutsche Stiftung für Herzforschung

nachricht Antibiotikaresistenzen durch Nanopartikel überwinden?
15.12.2017 | Friedrich-Schiller-Universität Jena

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Medizin Gesundheit >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Immunsystem - Blutplättchen können mehr als bislang bekannt

LMU-Mediziner zeigen eine wichtige Funktion von Blutplättchen auf: Sie bewegen sich aktiv und interagieren mit Erregern.

Die aktive Rolle von Blutplättchen bei der Immunabwehr wurde bislang unterschätzt: Sie übernehmen mehr Funktionen als bekannt war. Das zeigt eine Studie von...

Im Focus: First-of-its-kind chemical oscillator offers new level of molecular control

DNA molecules that follow specific instructions could offer more precise molecular control of synthetic chemical systems, a discovery that opens the door for engineers to create molecular machines with new and complex behaviors.

Researchers have created chemical amplifiers and a chemical oscillator using a systematic method that has the potential to embed sophisticated circuit...

Im Focus: Nanostrukturen steuern Wärmetransport: Bayreuther Forscher entdecken Verfahren zur Wärmeregulierung

Der Forschergruppe von Prof. Dr. Markus Retsch an der Universität Bayreuth ist es erstmals gelungen, die von der Temperatur abhängige Wärmeleitfähigkeit mit Hilfe von polymeren Materialien präzise zu steuern. In der Zeitschrift Science Advances werden diese fortschrittlichen, zunächst für Laboruntersuchungen hergestellten Funktionsmaterialien beschrieben. Die hiermit gewonnenen Erkenntnisse sind von großer Relevanz für die Entwicklung neuer Konzepte zur Wärmedämmung.

Von Schmetterlingsflügeln zu neuen Funktionsmaterialien

Im Focus: Lange Speicherung photonischer Quantenbits für globale Teleportation

Wissenschaftler am Max-Planck-Institut für Quantenoptik erreichen mit neuer Speichertechnik für photonische Quantenbits Kohärenzzeiten, welche die weltweite...

Im Focus: Long-lived storage of a photonic qubit for worldwide teleportation

MPQ scientists achieve long storage times for photonic quantum bits which break the lower bound for direct teleportation in a global quantum network.

Concerning the development of quantum memories for the realization of global quantum networks, scientists of the Quantum Dynamics Division led by Professor...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Call for Contributions: Tagung „Lehren und Lernen mit digitalen Medien“

15.12.2017 | Veranstaltungen

Die Stadt der Zukunft nachhaltig(er) gestalten: inter 3 stellt Projekte auf Konferenz vor

15.12.2017 | Veranstaltungen

Mit allen Sinnen! - Sensoren im Automobil

14.12.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Weltrekord: Jülicher Forscher simulieren Quantencomputer mit 46 Qubits

15.12.2017 | Informationstechnologie

Wackelpudding mit Gedächtnis – Verlaufsvorhersage für handelsübliche Lacke

15.12.2017 | Verfahrenstechnologie

Forscher vereinfachen Installation und Programmierung von Robotersystemen

15.12.2017 | Energie und Elektrotechnik