Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Grüne Welle im Gehirn: Theta-Wellen koordinieren Orientierung und Bewegung

12.10.2015

Berliner Forschern ist es gelungen, mittels Lichtstrahlen die Thetawellen im Gehirn von Mäusen zu steuern. Sie konnten zeigen, dass die noch wenig verstandenen Gehirnwellen Botschaften zwischen unterschiedlichen Gehirnregionen übermitteln – als eine Art gemeinsame Sprache des Gehirns koordinieren sie mentale Zustände und Verhalten.

Thetawellen wurden vor fast 80 Jahren in Berlin-Buch entdeckt und geben doch bis heute Rätsel auf: Warum feuern Nervenzellen in den Gehirnen von Mensch und Tier mitunter synchron, in einem schnellen Rhythmus von 5-10 Schwingungen pro Sekunde?


Thetawellen im Hippocampus von Mäusen. Links das spontane Auftreten, auf der rechten Seite durch Licht gesteuerte Thetawellen, die dadurch gleichmäßiger und stabiler werden.

Bender/Korotkova/Ponomarenko, FMP

Thetawellen treten zum Beispiel im Navigationssystem des Gehirns, dem Hippocampus, auf. Bewegen sich Tiere oder Menschen fort, werden hier sogenannte “Ortszellen” aktiviert: Jede Position im Raum wird durch einige spezifische Ortszellen exakt kodiert. Ob die Thetawellen sich dabei auf Verhalten der Tiere während der Navigation auswirken, war bislang unbekannt.

Einem Forschungsteam am Institut für Molekulare Pharmakologie (FMP) und NeuroCure-Exzellenzcluster in Berlin, geleitet von Tatiana Korotkova und Alexey Ponomarenko, gelang es nun, den Theta-Rhythmus im Hippocampus von Mäusen mit Hilfe optogenetischer Methoden zu steuern. Dabei wurden die neuronalen Verbindungen, die vom Theta-Schrittmacher des Gehirns zum Hippocampus führen, mit lichtempfindlichen Proteinen ausgestattet und dann über eine optische Faser angeregt.

“Es war faszinierend zu beobachten, wie dieser prominente Gehirnmechanismus seinen Rhythmus den blauen Laserstrahlen anpasste”, erinnern sich die Doktorandinnen Franziska Bender und Maria Gorbati.

Durch Steuerung mittels Licht wurden die Thetawellen gleichförmiger und stabiler, da sie weniger von anderen Reizen beeinflusst wurden. Erstmals konnte man so die Bedeutung von Thetawellen für das Verhalten der Tiere erforschen. Die erste Überraschung: Während der Lichtstimulation liefen die Mäuse bei der Erkundung eines Areals langsamer und gleichmäßiger „Man kann sich die Gehirnrhythmen als Ampeln vorstellen, die den Zellen mitteilen, wann sie an der Reihe sind, fasst Alexey Ponomarenko die Ergebnisse zusammen.

„Konstantere Oszillationen wirken wie präzise wiederkehrende Grünphasen auf die Zellen.” Die zweite Überraschung: Nicht nur Areale der Großhirnrinde, sondern auch entwicklungsgeschichtlich weit ältere Hirnzentren reagierten auf die Grün- und Rotphasen der Hippocampusregion, und auch das wirkte sich auf das Verhalten der Mäuse aus. Die Thetawellen im Hippocampus werden über das Laterale Septum an den Hypothalamus weitergeleitet – eine grundlegende Schaltzentrale des Gehirns, die viele unbewusste Signale verarbeitet, was zu Empfindungen wie Hunger oder Bewegungsdrang führt.

“Über viele Jahre wurde die Bedeutung der Thetawellen für die Kodierung von Raum und Zeit studiert, um unser Verständnis davon zu erweitern, wie das Gehirn unsere täglichen Erfahrungen abspeichert”, erzählt Tatiana Korotkova. “Jetzt verstehen wir, dass das Bild unserer Umgebung, welches vom Hippocampus generiert wird, von anderen Gehirnregionen abgelesen wird, die direkten Einfluss auf die Bewegungsgeschwindigkeit während der Erkundung einer Umgebung nehmen können”.

Das Gehirn setzt sich aus Netzwerken zusammen, denen höchst unterschiedliche Organisationsmechanismen zugrunde liegen, und die womöglich unterschiedliche Sprachen sprechen, aber trotzdem zusammen funktionieren, um das Überleben des Organismus zu sichern.

„Es war schon bekannt, dass Netzwerke im Gehirn mittels Synchronisation miteinander kommunizieren. Wir verfügten also über eine Art rudimentäres Wörterbuch, dass allerdings noch nie getestet worden war. Mit Optogenetik ist es nun möglich, an dieser Kommunikation teilzunehmen, die genaue Bedeutung des Synchronizations-Vokabulars zu bestimmen und das Wörterbuch erweitern“, erklärt Alexey Ponomarenko. Die Wissenschaftler sind überzeugt, dass die Manipulation mit optogenetischen Methoden dabei helfen kann, Ursache und Wirkung von Gehirndynamiken und Verhalten zu entschlüsseln und unser mechanistisches Verständnis psychischer Störungen zu vertiefen.

Quelle: Franziska Bender, Maria Gorbati, Marta C. Cadavieco, Natalia Denisova, Xiaojie Gao, Constance Holman, Tatiana Korotkova & Alexey Ponomarenko: “Theta oscillations regulate the speed of locomotion via a hippocampus to lateral septum pathway.” Nature Communications, 6:8521, DOI: 10.1038/ncomms9521, 2015

Kontakt:

Dr. Tatiana Korotkova, Dr. Alexey Ponomarenko
AG Behavioural Neurodynamics
Leibniz-Institut für Molekulare Pharmakologie (FMP)/
NeuroCure Exzellenzcluster
Charité Campus Mitte
Dorotheenstrasse 94
10117 Berlin
Tel. +49 (0) 30 450539764
Fax. +49 (0) 30 450539964

Public Relations
Leibniz-Institut für Molekulare Pharmakologie (FMP),
Robert-Rössle-Straße 10
13125 Berlin

Silke Oßwald
Phone: +49 (0)30 94793 104
Email: osswald(at)fmp-berlin.de

Das Leibniz-Institut für Molekulare Pharmakologie (FMP) gehört zum Forschungsverbund Berlin e.V. (FVB), einem Zusammenschluss von acht natur-, lebens- und umweltwissenschaftlichen Instituten in Berlin. In ihnen arbeiten mehr als 1.500 Mitarbeiter. Die vielfach ausgezeichneten Einrichtungen sind Mitglieder der Leibniz-Gemeinschaft. Entstanden ist der Forschungsverbund 1992 in einer einzigartigen historischen Situation aus der ehemaligen Akademie der Wissenschaften der DDR.

Silke Oßwald | idw - Informationsdienst Wissenschaft
Weitere Informationen:
http://www.fmp-berlin.de/

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Neues aus der Schaltzentrale
18.07.2018 | Karl-Franzens-Universität Graz

nachricht Chemische Waffe durch laterale Gen-Übertragung schützt Wollkäfer gegen schädliche Pilze
18.07.2018 | Johannes Gutenberg-Universität Mainz

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: Superscharfe Bilder von der neuen Adaptiven Optik des VLT

Das Very Large Telescope (VLT) der ESO hat das erste Licht mit einem neuen Modus Adaptiver Optik erreicht, die als Lasertomografie bezeichnet wird – und hat in diesem Rahmen bemerkenswert scharfe Testbilder vom Planeten Neptun, von Sternhaufen und anderen Objekten aufgenommen. Das bahnbrechende MUSE-Instrument kann ab sofort im sogenannten Narrow-Field-Modus mit dem adaptiven Optikmodul GALACSI diese neue Technik nutzen, um Turbulenzen in verschiedenen Höhen in der Erdatmosphäre zu korrigieren. Damit ist jetzt möglich, Bilder vom Erdboden im sichtbaren Licht aufzunehmen, die schärfer sind als die des NASA/ESA Hubble-Weltraumteleskops. Die Kombination aus exquisiter Bildschärfe und den spektroskopischen Fähigkeiten von MUSE wird es den Astronomen ermöglichen, die Eigenschaften astronomischer Objekte viel detaillierter als bisher zu untersuchen.

Das MUSE-Instrument (kurz für Multi Unit Spectroscopic Explorer) am Very Large Telescope (VLT) der ESO arbeitet mit einer adaptiven Optikeinheit namens GALACSI. Dabei kommt auch die Laser Guide Stars Facility, kurz ...

Im Focus: Diamant – ein unverzichtbarer Werkstoff der Fusionstechnologie

Forscher am KIT entwickeln Fenstereinheiten mit Diamantscheiben für Fusionsreaktoren – Neue Scheibe mit Rekorddurchmesser von 180 Millimetern

Klimafreundliche und fast unbegrenzte Energie aus dem Fusionskraftwerk – für dieses Ziel kooperieren Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler weltweit. Bislang...

Im Focus: Wiener Forscher finden vollkommen neues Konzept zur Messung von Quantenverschränkung

Quantenphysiker/innen der ÖAW entwickelten eine neuartige Methode für den Nachweis von hochdimensional verschränkten Quantensystemen. Diese ermöglicht mehr Effizienz, Sicherheit und eine weitaus geringere Fehleranfälligkeit gegenüber bisher gängigen Mess-Methoden, wie die Forscher/innen nun im Fachmagazin „Nature Physics“ berichten.

Die Vision einer vollständig abhörsicheren Übertragung von Information rückt dank der Verschränkung von Quantenteilchen immer mehr in Reichweite. Wird eine...

Im Focus: Was passiert, wenn wir das Atomgitter eines Magneten plötzlich aufheizen?

„Wir haben jetzt ein klares Bild davon, wie das heiße Atomgitter und die kalten magnetischen Spins eines ferrimagnetischen Nichtleiters miteinander ins Gleichgewicht gelangen“, sagt Ilie Radu, Wissenschaftler am Max-Born-Institut in Berlin. Das internationale Forscherteam fand heraus, dass eine Energieübertragung sehr schnell stattfindet und zu einem neuartigen Zustand der Materie führt, in dem die Spins zwar heiß sind, aber noch nicht ihr gesamtes magnetisches Moment verringert haben. Dieser „Spinüberdruck“ wird durch wesentlich langsamere Prozesse abgebaut, die eine Abgabe von Drehimpuls an das Gitter ermöglichen. Die Forschungsergebnisse sind jetzt in "Science Advances" erschienen.

Magnete faszinieren die Menschheit bereits seit mehreren tausend Jahren und sind im Zeitalter der digitalen Datenspeicherung von großer praktischer Bedeutung....

Im Focus: Erste Beweise für Quelle extragalaktischer Teilchen

Zum ersten Mal ist es gelungen, die kosmische Herkunft höchstenergetischer Neutrinos zu bestimmen. Eine Forschungsgruppe um IceCube-Wissenschaftlerin Elisa Resconi, Sprecherin des Sonderforschungsbereichs SFB1258 an der Technischen Universität München (TUM), liefert ein wichtiges Indiz in der Beweiskette, dass die vom Neutrino-Teleskop IceCube am Südpol detektierten Teilchen mit hoher Wahrscheinlichkeit von einer Galaxie in vier Milliarden Lichtjahren Entfernung stammen.

Um andere Ursprünge mit Gewissheit auszuschließen, untersuchte das Team um die Neutrino-Physikerin Elisa Resconi von der TU München und den Astronom und...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Innovation – the name of the game

18.07.2018 | Veranstaltungen

Wie geht es unserer Ostsee? Ein aktueller Zustandsbericht

17.07.2018 | Veranstaltungen

Interdisziplinäre Konferenz: Diabetesforscher und Bioingenieure diskutieren Forschungskonzepte

13.07.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Vernetzte Beleuchtung: Weg mit dem blinden Fleck

18.07.2018 | Energie und Elektrotechnik

BIAS erhält Bremens größten 3D-Drucker für metallische Luffahrtkomponenten

18.07.2018 | Verfahrenstechnologie

Verminderte Hirnleistung bei schwachem Herz

18.07.2018 | Medizin Gesundheit

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics