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Die Vernetzung im Gehirn verfolgen

12.12.2013
Neurophysiologen, Humangenetiker und Neuroinformatiker des Universitätsklinikums Jena sind am Schwerpunktprogramm der DFG zur Untersuchung der Vernetzungsprozesse im Gehirn beteiligt.

Sie erforschen, welche Rolle der Neurotransmitter GABA in diesem Reifungsprozess spielt, der in der frühen Hirnentwicklung aktivierend auf Nervenzellen, im erwachsenen Hirn aber hemmend wirkt.


Fluoreszenzfarbstoffe machen aktive Neuronen in der Sehrinde der Maus sichtbar. Rot: Erregende Neuronen und Astrozyten; Grün: Kalzium-Indikatorfarbstoff registriert Aktivität; Rechts: Überlagerung

Bild: AG BioImaging/UKJ

Welche Rolle spielt die Aktivität des sich entwickelnden Gehirns bei der Vernetzung unreifer Nervenzellen? Das ist die zentrale Frage, die die Jenaer Wissenschaftler beantworten wollen. Sie konzentrieren sich dafür auf den Botenstoff Gamma-Aminobuttersäure, kurz GABA, der im ausgereiften Gehirn eine hemmende Wirkung auf Nervenzellen ausübt.

„In einem frühen Stadium der Hirnentwicklung aber wirkt GABA als erregender Botenstoff, indem er die Ausbildung von Aktionspotentialen begünstigt“, so Professor Knut Holthoff, der die Arbeitsgruppe BioImaging an der Klinik für Neurologie leitet.

Zusammen mit seinem Kollegen Dr. Knut Kirmse will er diesen Vernetzungsprozess in der Sehrinde durch das Zwei-Photonen-Mikroskop unmittelbar verfolgen. „Durch genetische Veränderungen können wir die Wirkung des Botenstoffes GABA gezielt beeinflussen und dann die Folgen dieser Manipulation für die Vernetzung studieren“, beschreibt der Genetiker Prof. Dr. Christian Hübner einen zentralen Ansatz des Verbundprojekts. So werden die Wissenschaftler untersuchen, welche Konsequenzen das Ausbleiben der anfänglichen Aktivitätsphase auf die Ausreifung der Sehrinde hat.

Und die Forscher gehen noch einen Schritt weiter: Sie werden den Vernetzungsprozess nicht nur unter verschiedenen Bedingungen beobachten, sondern die gewonnenen Daten zur mathematischen Modellierung von Vernetzungsprozessen nutzen. „Von der Entwicklung und Implementierung neuer Analysetools versprechen wir uns neue Erkenntnisse zu den Prinzipien der räumlichen und zeitlichen Aktivitätsmuster, die wir sehen“, so Stefan Kiebel, Professor für Computational Neuroscience an der Klinik für Neurologie.

Das Projekt der Jenaer Wissenschaftler wird mit 500.000 Euro von der Deutschen Forschungsgemeinschaft DFG gefördert. Es ist eines von insgesamt zwölf Teilprojekten in einem neuen Schwerpunktprogramm, das auf die Erforschung der Ursachenbeziehung zwischen der Aktivität einzelner Nervenzellen im Netzwerk und dem Verhalten zielt. Eine wichtige Rolle dabei spielt die Kooperation von Forschungsgruppen, die die neuronale Aktivität in hochempfindlichen Versuchsanordnungen erfassen, diese mit innovativen Methoden manipulieren und neue Algorithmen zur Datenanalyse entwickeln. Die sieben Projektmitarbeiter im Verbund am Jenaer Uniklinikum haben das Ziel, mit ihren Ergebnissen zum besseren Verständnis der frühen Vernetzungsprozesse im Gehirn beizutragen.

Kontakt:
Prof. Dr. Knut Holthoff,
Klinik für Neurologie, Universitätsklinikum Jena
Tel. 03641/9323418
E-Mail: knut.holthoff[at]med.uni-jena.de

Dr. Uta von der Gönna | idw
Weitere Informationen:
http://www.med.uni-jena.de

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