Molekularer Code der Sprachregionen im Gehirn geknackt

Untersuchte Hirnregionen Untersuchte Hirnregionen Copyright: Forschungszentrum Jülich

Der JARA-BRAIN Wissenschaftler Prof. Karl Zilles und ein Team aus Jülich, Aachen, Leipzig und Finnland konnten nun erstmals nachweisen, dass es einen einzigartigen molekularen Fingerabdruck gibt, der die sprachrelevanten Hirnregionen auszeichnet. Der gemeinsame Code definiert sich durch die spezifische Konzentration verschiedener Transmitterrezeptoren, die Schlüsselmoleküle der Signalverarbeitung sind.

Ihre typischen Konzentrationen in den Sprachregionen unterscheiden sich deutlich von denen anderer Regionen, die keine sprachrelevanten Aufgaben wahrnehmen. Die Forschungsergebnisse wurden kürzlich im renommierten Fachmagazin „Cortex“ publiziert. (DOI: 10.1016/j.cortex.2014.07.007)

Beim Sprechen und Sprachverständnis arbeiten nicht nur nahe zusammenliegende, sondern auch weit entfernte Gehirnareale zusammen. Laute müssen aufgenommen und Begriffen zugeordnet, Wörter im Satzzusammenhang erfasst werden und vieles mehr. Diese Informationen werden über Nervenfasern weitergeleitet und in den beteiligten Sprachregionen verarbeitet.

„Bisher war die molekulare Grundlage dieser Verarbeitungsprozesse nicht bekannt“, erläutert der Neuroanatom Karl Zilles. Ihm und seinem Team gelang es, den molekularen Code zu bestimmen, indem sie in einem aufwändigen Prozess Tausende von hauchdünnen post mortem Hirnschnitten analysierten. Im Fokus des wissenschaftlichen Interesses standen dabei fünfzehn verschiedene Transmitterrezeptoren, die bei der Signalübertragung im Gehirn eine große Rolle spielen.

Transmitterrezeptoren sind komplexe Eiweißmoleküle, die als „Andockstationen“ für Botenstoffe wie etwa Glutamat, GABA, Acetylcholin, Noradrenalin, Serotonin und Dopamin im Gehirn dienen. Sie sitzen in der äußeren Hülle („Membran“) der Nervenzellen. Mit der quantitativen Rezeptorautoradiographie machten die Forscher die Verteilung und Konzentration dieser Rezeptoren in den acht untersuchten Hirnarealen für Sprachverständnis und in zahlreichen anderen, nicht-sprachrelevanten Arealen sichtbar.

„Bei unseren Untersuchungen erhielten wir eine sehr genaue Vorstellung davon, in welcher Konzentration die Rezeptoren an welcher Stelle des jeweiligen Hirnareals vorlagen“, so Zilles. Um zu sehen, welche Areale miteinander in Verbindung stehen, verglichen die Forscherinnen und Forscher anschließend die Rezeptorausstattung der unterschiedlichen Regionen mit Hilfe eines statistischen Verfahrens, der hierarchischen Clusteranalyse.

Damit lassen sich in großen Datenmengen Gruppen identifizieren, die Gemeinsamkeiten haben – sogenannte Cluster. Das Ergebnis: „Die molekularen Fingerabdrücke der sprachrelevanten Areale ähnelten sich, so dass sie ein Cluster bilden. Dieses unterscheidet sich deutlich von Clustern anderer Hirnregionen, die beispielsweise sensorische Signale aus den Augen, Ohren oder den Tastorganen weiterverarbeiten.“

Bei der Clusteranalyse zeigte sich außerdem, dass das Sprachcluster in der linken Hemisphäre mehr Regionen umfasst als in der rechten. Dies entspricht auf molekularer Basis der klinischen Erfahrung, dass die linke Hemisphäre beim Sprechen und Sprachverständnis dominiert.

Weitere Abbildung:
Verteilung von 15 verschiedenen Transmitterrezeptoren in der Hirnrinde des Areals 45d der Broca‘schen Sprachregion des Menschen (PDF, 123 kB)

Weitere Informationen:

Institut für Neurowissenschaften und Medizin, Bereich Strukturelle und Funktionelle Organisation des Gehirns (INM-1)

Uniklinik Aachen – Klinik für Psychiatrie, Psychotherapie und Psychodynamik

JARA-BRAIN

Ansprechpartner:

Prof. Karl Zilles, JARA-Senior Professor of Brain Research, Institut für Neurowissenschaften und Medizin, Bereich Strukturelle und Funktionelle Organisation des Gehirns (INM-1), Forschungszentrum Jülich
und
Klinik für Psychiatrie, Psychotherapie und Psychosomatik, RWTH Aachen,
Tel. 02461 61-3015
E-Mail: k.zilles@fz-juelich.de

Pressekontakt:

Dr. Barbara Schunk
Tel. 02461 61-8031
E-Mail: b.schunk@fz-juelich.de

Annette Stettien
Tel. 02461 61-2388
E-Mail: a.stettien@fz-juelich.de

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