Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Lernen braucht rhythmische Aktivität von Nervenzellen

19.09.2012
Gedächtnisbildende Signalübertragung im Hippokampus aufgeklärt

Der Hippokampus ist eine wichtige Gehirnstruktur für das Lernen. Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für Psychiatrie in München haben herausgefunden, wie er elektrische Nervenzellsignale über eine Eingangs- und Ausgangskontrolle filtert und so Lern- und Erinnerungsprozesse steuert.


Schematische Darstellung des 3-Synapsen-Schaltkreises im Hippokampus (rot) und der Position der Stimulationselektrode (Stim). Die Aktivität der Nervenzellen wurde mittels Fluoreszenzfarbstoffen, die auf Spannungsänderungen reagieren, und einem Fluoreszenzmikroskop (VSDI) gemessen. Mikroelektroden in der CA1- und CA3-Region registrieren die elektrischen Signale.
© MPI für Psychiatrie


Echtzeitdarstellung einer Aktivitätswelle durch den Hippokampus. Die Aktivitätswelle entsteht durch Stimulation der Eingangsregion mit einer Mikroelektrode (schwarzer Pfeil) und wird mit spannungsabhängigen Farbstoffen aufgezeichnet. Wärmere Farben repräsentieren stärkere Nervenzellaktivität.
© MPI für Psychiatrie

Für eine wirkungsvolle Signalweiterleitung benötigt es demnach sogenannte theta-frequente Impulse der Hirnrinde. Diese Impulse mit einer Frequenz von drei bis acht Hertz lösen elektrische Aktivitätswellen durch den Hippokampus aus. Impulse anderer Frequenz rufen keine bzw. eine wesentlich schwächere Übertragung hervor. Für das Lernen notwendige Signalübertragung in andere Hirnareale durch Langzeitpotenzierung (LTP) entsteht wiederum nur, wenn die Aktivitätswellen für eine bestimmte Zeit andauern. Die Wissenschaftler haben sogar eine Erklärung dafür parat, warum wir nach einer Tasse Kaffee oder in einer akuten Stresssituation kurzzeitig geistig leistungsfähiger sind: In ihren Experimenten verstärkten Koffein und das Stresshormon Kortikosteron den Aktivitätsfluss.

Wenn wir etwas lernen und uns an etwas erinnern, müssen wir uns auf die entsprechende Information konzentrieren und sie immer wieder aufnehmen. Warum das so ist, zeigen nun elektrophysiologische Experimente am Tiermodell der Maus. Wissenschaftler der Arbeitsgruppe von Matthias Eder haben dazu die Übertragung elektrischer Impulse zwischen Nervenzellen im Hippokampus des Gehirns von Mäusen gemessen. Unter dem Fluoreszenzmikroskop konnten sie in Echtzeit beobachten, wie die Nervenzellen Signale weiterleiten.

Jens Stepan, Nachwuchswissenschaftler am Münchner Max-Planck-Institut, stimulierte die Eingangsregion zum Hippokampus mit elektrischen Impulsen unterschiedlicher Frequenz. Dabei gelang ihm erstmalig der Nachweis, dass es spezifisch theta-frequente Stimulationen mit einer Frequenz sind, die eine effektive Impulsweiterleitung über die hippocampale CA3/CA1-Region erzeugt. Ein Befund mit besonderer Bedeutung, da aus früheren Studien bekannt ist, dass theta-rhythmische Nervenzellaktivität im entorhinalen Kortex immer dann auftritt, wenn konzentriert neue Informationen aufgenommen werden. Die Forscher zeigen mit diesem Ergebnis, dass der Hippokampus höchst selektiv auf die entorhinalen Signale reagiert. Er ist offensichtlich in der Lage, wichtige, also eventuell erinnerungswürdige, von unwichtiger, also am besten gar nicht erst wahrzunehmender Information zu unterscheiden und physiologisch gezielt zu verarbeiten.

Eine mögliche Reaktion ist die Entstehung der so genannten Langzeitpotenzierung (LTP, long-term potentiation) der Signalübertragung an CA3-CA1 Synapsen, welche für das Lernen und die langfristige Gedächtnisbildung häufig unentbehrlich ist. Die aktuelle Studie dokumentiert, dass dieses CA1-LTP nur dann auftritt, wenn die Aktivitätswellen durch den Hippokampus für eine bestimmte Zeit andauern. Auf unser Lernverhalten übersetzt folgt daraus, um uns z.B. ein Bild einzuprägen, sollten wir es konzentriert für einige Zeit betrachten, denn nur dann produzieren wir für eine ausreichend lange Zeit die beschriebenen Aktivitätswellen und speichern das Bild auch in unserem Gehirn ab.

Matthias Eder und seinen Kollegen gelang es mit dieser Studie eine bisherige Wissenslücke zu schließen. „Die von uns hier untersuchte neuronale Kommunikation über die drei hippocampalen Nervenzellverschaltungen liefert uns ein neues Verständnis vom Lernen im lebenden Organismus. Wir zeigen erstmalig, dass die Langzeitpotenzierung von Frequenz und Dauer eingehender sensorischer Signale in den Hippokampus abhängt“, sagt Matthias Eder.

Ansprechpartner

Dr. Barbara Meyer
Max-Planck-Institut für Psychiatrie, München
Telefon: +49 89 30622-616
Fax: +49 89 30622-348
Email: bmeyer@­mpipsykl.mpg.de
Originalveröffentlichung
Jens Stepan, Julien Dine, Thomas Fenzl, Stephanie A. Polta, Gregor von Wolff, Carsten T. Wotjak and Matthias Eder
Entorhinal theta-frequency input to the dentate gyrus trisynaptically evokes hippocampal CA1 LTP

Frontiers in Neural Circuits 2012, Band 6, Artikel 64, Seite 1-13

Dr. Barbara Meyer | Max-Planck-Institut
Weitere Informationen:
http://www.mpg.de/6354106/lernen_nervenzellen-hippokampus

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Chemiker lassen Bor-Atome wandern
17.01.2020 | Westfälische Wilhelms-Universität Münster

nachricht Infektiöse Proteine bei Alzheimer
17.01.2020 | Klinikum der Universität München

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: Miniatur-Doppelverglasung: Wärmeisolierendes und gleichzeitig wärmeleitendes Material entwickelt

Styropor oder Kupfer – beide Materialien weisen stark unterschiedliche Eigenschaften auf, was ihre Fähigkeit betrifft, Wärme zu leiten. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für Polymerforschung (MPI-P) in Mainz und der Universität Bayreuth haben nun gemeinsam ein neuartiges, extrem dünnes und transparentes Material entwickelt und charakterisiert, welches richtungsabhängig unterschiedliche Wärmeleiteigenschaften aufweist. Während es in einer Richtung extrem gut Wärme leiten kann, zeigt es in der anderen Richtung gute Wärmeisolation.

Wärmeisolation und Wärmeleitung spielen in unserem Alltag eine entscheidende Rolle – angefangen von Computerprozessoren, bei denen es wichtig ist, Wärme...

Im Focus: Miniature double glazing: Material developed which is heat-insulating and heat-conducting at the same time

Styrofoam or copper - both materials have very different properties with regard to their ability to conduct heat. Scientists at the Max Planck Institute for Polymer Research (MPI-P) in Mainz and the University of Bayreuth have now jointly developed and characterized a novel, extremely thin and transparent material that has different thermal conduction properties depending on the direction. While it can conduct heat extremely well in one direction, it shows good thermal insulation in the other direction.

Thermal insulation and thermal conduction play a crucial role in our everyday lives - from computer processors, where it is important to dissipate heat as...

Im Focus: Fraunhofer IAF errichtet ein Applikationslabor für Quantensensorik

Um den Transfer von Forschungsentwicklungen aus dem Bereich der Quantensensorik in industrielle Anwendungen voranzubringen, entsteht am Fraunhofer IAF ein Applikationslabor. Damit sollen interessierte Unternehmen und insbesondere regionale KMU sowie Start-ups die Möglichkeit erhalten, das Innovationspotenzial von Quantensensoren für ihre spezifischen Anforderungen zu evaluieren. Sowohl das Land Baden-Württemberg als auch die Fraunhofer-Gesellschaft fördern das auf vier Jahre angelegte Vorhaben mit jeweils einer Million Euro.

Das Applikationslabor wird im Rahmen des Fraunhofer-Leitprojekts »QMag«, kurz für Quantenmagnetometrie, errichtet. In dem Projekt entwickeln Forschende von...

Im Focus: Fraunhofer IAF establishes an application laboratory for quantum sensors

In order to advance the transfer of research developments from the field of quantum sensor technology into industrial applications, an application laboratory is being established at Fraunhofer IAF. This will enable interested companies and especially regional SMEs and start-ups to evaluate the innovation potential of quantum sensors for their specific requirements. Both the state of Baden-Württemberg and the Fraunhofer-Gesellschaft are supporting the four-year project with one million euros each.

The application laboratory is being set up as part of the Fraunhofer lighthouse project »QMag«, short for quantum magnetometry. In this project, researchers...

Im Focus: Wie Zellen ihr Skelett bilden

Wissenschaftler erforschen die Entstehung sogenannter Mikrotubuli

Zellen benötigen für viele wichtige Prozesse wie Zellteilung und zelluläre Transportvorgänge strukturgebende Filamente, sogenannte Mikrotubuli.

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

11. Tagung Kraftwerk Batterie - Advanced Battery Power Conference am 24-25. März 2020 in Münster/Germany

16.01.2020 | Veranstaltungen

Leben auf dem Mars: Woher kommt das Methan?

16.01.2020 | Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen - März 2020

16.01.2020 | Veranstaltungen

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

Chemiker lassen Bor-Atome wandern

17.01.2020 | Biowissenschaften Chemie

Infektiöse Proteine bei Alzheimer

17.01.2020 | Biowissenschaften Chemie

Miniatur-Doppelverglasung: Wärmeisolierendes und gleichzeitig wärmeleitendes Material entwickelt

17.01.2020 | Materialwissenschaften

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