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 Mitten ins Herz
24.06.2019 | Max-Delbrück-Centrum für Molekulare Medizin in der Helmholtz-Gemeinschaft

nachricht Systeme stabil halten
21.06.2019 | Eidgenössische Technische Hochschule Zürich (ETH Zürich)

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: Partielle Mondfinsternis am 16./17. Juli 2019

Gemeinsame Pressemitteilung der Vereinigung der Sternfreunde (VdS) und des Hauses der Astronomie in Heidelberg - Wie im letzten Jahr findet auch 2019 eine in den späten Abendstunden in einer lauen Sommernacht gut zu beobachtende Mondfinsternis statt, und zwar in der Nacht vom 16. auf den 17. Juli. Die Finsternis ist zwar nur partiell - der Mond tritt also nicht vollständig in den Erdschatten ein - es ist aber für die nächsten Jahre die einzige gut sichtbare Mondfinsternis im deutschen Sprachraum.

Am Dienstagabend, den 16. Juli, wird ein kosmisches Schauspiel zu sehen sein: Der Vollmond taucht zu einem großen Teil in den Schatten der Erde ein, es findet...

Im Focus: Fraunhofer IDMT zeigt akustische Qualitätskontrolle auf der Fachmesse für Messtechnik »Sensor + Test 2019«

Das Ilmenauer Fraunhofer-Institut für Digitale Medientechnologie IDMT präsentiert vom 25. bis 27. Juni 2019 am Gemeinschaftsstand der Fraunhofer-Gesellschaft (Stand 5-248) seine neue Lösung zur berührungslosen, akustischen Qualitätskontrolle von Werkstücken und Bauteilen. Da die Prüfung zerstörungsfrei funktioniert, kann teurer Prüfschrott vermieden werden. Das Prüfverfahren wird derzeit gemeinsam mit verschiedenen Industriepartnern im praktischen Einsatz erfolgreich getestet und hat das Technology Readiness Level (TRL) 6 erreicht.

Maschinenausfälle, Fertigungsfehler und teuren Prüfschrott reduzieren

Im Focus: Fraunhofer IDMT demonstrates its method for acoustic quality inspection at »Sensor+Test 2019« in Nürnberg

From June 25th to 27th 2019, the Fraunhofer Institute for Digital Media Technology IDMT in Ilmenau (Germany) will be presenting a new solution for acoustic quality inspection allowing contact-free, non-destructive testing of manufactured parts and components. The method which has reached Technology Readiness Level 6 already, is currently being successfully tested in practical use together with a number of industrial partners.

Reducing machine downtime, manufacturing defects, and excessive scrap

Im Focus: Erfolgreiche Praxiserprobung: Bidirektionale Sensorik optimiert das Laserauftragschweißen

Die Qualität generativ gefertigter Bauteile steht und fällt nicht nur mit dem Fertigungsverfahren, sondern auch mit der Inline-Prozessregelung. Die Prozessregelung sorgt für einen sicheren Beschichtungsprozess, denn Abweichungen von der Soll-Geometrie werden sofort erkannt. Wie gut das mit einer bidirektionalen Sensorik bereits beim Laserauftragschweißen im Zusammenspiel mit einer kommerziellen Optik gelingt, demonstriert das Fraunhofer-Institut für Lasertechnik ILT auf der LASER World of PHOTONICS 2019 auf dem Messestand A2.431.

Das Fraunhofer ILT entwickelt optische Sensorik seit rund 10 Jahren gezielt für die Fertigungsmesstechnik. Dabei hat sich insbesondere die Sensorik mit der...

Im Focus: Successfully Tested in Praxis: Bidirectional Sensor Technology Optimizes Laser Material Deposition

The quality of additively manufactured components depends not only on the manufacturing process, but also on the inline process control. The process control ensures a reliable coating process because it detects deviations from the target geometry immediately. At LASER World of PHOTONICS 2019, the Fraunhofer Institute for Laser Technology ILT will be demonstrating how well bi-directional sensor technology can already be used for Laser Material Deposition (LMD) in combination with commercial optics at booth A2.431.

Fraunhofer ILT has been developing optical sensor technology specifically for production measurement technology for around 10 years. In particular, its »bd-1«...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Plastik: Mehr Kreislauf gegen die Krise gefordert

21.06.2019 | Veranstaltungen

Rittal und Innovo Cloud sind auf Supercomputing-Konferenz in Frankfurt vertreten

18.06.2019 | Veranstaltungen

Teilautonome Roboter für die Dekontamination - den Stand der Forschung bei Live-Vorführungen am 25.6. erleben

18.06.2019 | Veranstaltungen

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

Neuartige und vielseitig einsetzbare Kunststoffzusätze

24.06.2019 | Materialwissenschaften

Mitten ins Herz

24.06.2019 | Biowissenschaften Chemie

Wie man Wellen an die richtige Stelle biegt

24.06.2019 | Physik Astronomie

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