Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Stopp und Go im Denkprozess

26.08.2008
Es gibt Nervenzellkontakte, die den Informationsfluss hemmen. Max-Planck-Wissenschaftler konnten nun klären, wie diese entstehen.

Die Anpassungsfähigkeit des Gehirns ist enorm: Ständig wachsen neue Informationsleitungen zwischen Nervenzellen aus und ungenutzte Verbindungen werden wieder abgebaut. So wird der Datenfluss kontinuierlich optimiert und neue Informationen und Eindrücke können verarbeitet werden. Doch das Durchdenken einer neuen Situation kann auch die zeitweilige Unterdrückung unwichtiger Informationen erfordern. Daher besitzt das Gehirn auch Nervenzellkontakte, die den Informationsfluss hemmen. Bislang war jedoch unklar, wie diese hemmenden Kontakte entstehen. Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für Neurobiologie in Martinsried haben dies nun geklärt und fanden dabei erstaunliche Unterschiede zu den "herkömmlichen" Nervenzellverbindungen. (Nature Neuroscience, 24. August 2008)


Auch der Informationsfluss im Gehirn bekommt nicht nur grünes Licht. Wie hemmende Verbindungen zwischen Nervenzellen entstehen, zeigten nun Wissenschaftler des MPI für Neurobiologie. Bild: Max-Planck-Institut für Neurobiologie / Wierenga

Denken ist ein komplexer Prozess. Wie in einem riesigen Kabelnetz fließen Informationen von einer Nervenzelle zur Nächsten. Um die ständig eintreffenden neuen Informationen verarbeiten zu können, sind die Verbindungen sehr anpassungsfähig: Sobald wir etwas Neues sehen, erleben oder tun, wachsen neue Querverbindungen zwischen einzelnen Nervenzellen aus. Über diese neuen Verbindungen kann eine Information dann an die richtigen Zellen weitergegeben und somit verarbeitet werden.

Neue Datenleitungen durch flexible Fortsätze

Der Blick durchs Mikroskop zeigt, dass der Aufbau neuer Kontakte über winzige Fortsätze geschieht. Soll etwas Neues verarbeitet werden, wachsen auf den Verästelungen einer Nervenzelle, den sogenannten Dendriten, feine Fortsätze aus. Doch wie in einem Kabelknäuel reicht das reine Überkreuzen von Kabeln nicht aus, um Informationen auszutauschen. Trifft ein Fortsatz daher auf eine Nachbarzelle, die sich zur Verarbeitung der neuen Information eignet, so reift am Ende des Fortsatzes eine Synapse. Erst diese Kontaktstelle ermöglicht die Weitergabe der Informationen von einer Zelle zur nächsten. Ist die kontaktierte Zelle für den Austausch dagegen ungeeignet, zieht sich der Fortsatz wieder zurück.

Doch wie in jedem Kabelnetz käme es auch in den Nervenleitungen schnell zu Überlastungen, wenn die Datenübertragung nicht an manchen Stellen oder zu manchen Zeiten eingeschränkt würde. So gibt es neben den flexiblen Fortsatz-Kontakten, die den Datenaustausch fördern, andere Kontakte, die den Informationsfluss hemmen. Wie diese hemmenden Kontakte entstehen, war bislang jedoch völlig unklar.

Rotes Licht für den Informationsfluss

Während sich die informationsfördernden Synapsen an den Enden der auswachsenden Fortsätze befinden, sitzen hemmende Synapsen direkt auf dem "Schaft" der Dendriten. Solch eine Schaft-Synapse kann entstehen, wenn sich ein Dendrit und das Axon einer anderen Nervenzelle berühren. Bisher nahmen die Wissenschaftler an, dass Nervenzellen auch bei diesen hemmenden Verbindungen erst suchende Fortsätze ausschicken, um die beste Stelle für eine Schaft-Synapse zu finden. Doch diese Annahme wurde nun von Wissenschaftlern des Max-Planck-Instituts für Neurobiologie widerlegt. Bei ihren Beobachtungen entstanden hemmende Synapsen nur dort, wo bereits ein physischer Kontakt zwischen einem Dendriten und dem Axon einer anderen Nervenzelle bestand.

Festgelegt und doch anpassungsfähig

Diese Beschränkung auf bereits vorhandene Kontaktstellen könnte jedoch problematisch sein: Im Gegensatz zu den beweglichen Fortsätzen können weder die Dendriten noch das Axon einer Nervenzelle ihre Position nach vollendeter Gehirnentwicklung ändern. Somit sind die möglichen Stellen für hemmende Schaft-Synapsen im erwachsenen Gehirn auf bereits vorhandene Überkreuzungen von Dendriten und Axone begrenzt. Gibt es hier also keinen Spielraum für die sonst so wichtige Flexibilität der Nervenkontakte?

Doch das Gehirn beweist auch hier Anpassungsfähigkeit. Denn nur an ungefähr 40 Prozent der Überkreuzungen von Dendriten und Axonen gab es auch eine Synapse: "Je nach Bedarf können hemmende Synapsen an noch freien Überkreuzungen aufgebaut und auch wieder entfernt werden", erklärt Corette Wierenga ihre Beobachtungen. Schaft-Synapsen können dabei genauso schnell wie Fortsatz-Synapsen auf- und auch wieder abgebaut werden, also im Zeitraum von wenigen Minuten bis Stunden - so ein weiteres Ergebnis der Max-Planck-Forscher. So kann das Gehirn schnell reagieren, wenn es nötig wird, den Informationsfluss von einem bestimmten Dendriten zu hemmen. Als nächstes wollen die Wissenschaftler klären, inwieweit der Auf- und Abbau der hemmenden Synapsen durch die Aktivität des Gehirns beeinflusst wird.

Originalveröffentlichung:

Corette J. Wierenga, Nadine Becker, Tobias Bonhoeffer
GABAergic synapses are formed without the involvement of dendritic protrusions
Nature Neuroscience, 24. August 2008

Dr. Christina Beck | Max-Planck-Gesellschaft
Weitere Informationen:
http://www.mpg.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Aus-Schalter für Nebenwirkungen
22.06.2018 | Max-Planck-Institut für Biochemie

nachricht Ein Fall von „Kiss and Tell“: Chromosomales Kissing wird fassbarer
22.06.2018 | Max-Delbrück-Centrum für Molekulare Medizin in der Helmholtz-Gemeinschaft

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: Leichter abheben: Fraunhofer LBF entwickelt Flugzeugrad aus Faser-Kunststoff-Verbund

Noch mehr Reichweite oder noch mehr Nutzlast - das wünschen sich Fluggesellschaften für ihre Flugzeuge. Wegen ihrer hohen spezifischen Steifigkeiten und Festigkeiten kommen daher zunehmend leichte Faser-Kunststoff-Verbunde zum Einsatz. Bei Rümpfen oder Tragflächen sind permanent Innovationen in diese Richtung zu beobachten. Um dieses Innovationsfeld auch für Flugzeugräder zu erschließen, hat das Fraunhofer-Institut für Betriebsfestigkeit und Systemzuverlässigkeit LBF jetzt ein neues EU-Forschungsvorhaben gestartet. Ziel ist die Entwicklung eines ersten CFK-Bugrads für einen Airbus A320. Dabei wollen die Forscher ein Leichtbaupotential von bis zu 40 Prozent aufzeigen.

Faser-Kunststoff-Verbunde sind in der Luftfahrt bei zahlreichen Bauteilen bereits das Material der Wahl. So liegt beim Airbus A380 der Anteil an...

Im Focus: IT-Sicherheit beim autonomen Fahren

FH St. Pölten entwickelt neue Methode für sicheren Informationsaustausch zwischen Fahrzeugen mittels Funkdaten

Neue technische Errungenschaften wie das Internet der Dinge oder die direkte drahtlose Kommunikation zwischen Objekten erhöhen den Bedarf an effizienter...

Im Focus: Innovative Handprothesensteuerung besteht Alltagstest

Selbstlernende Steuerung für Handprothesen entwickelt. Neues Verfahren lässt Patienten natürlichere Bewegungen gleichzeitig in zwei Achsen durchführen. Forscher der Universitätsmedizin Göttingen (UMG) veröffentlichen Studie im Wissenschaftsmagazin „Science Robotics“ vom 20. Juni 2018.

Motorisierte Handprothesen sind mittlerweile Stand der Technik bei der Versorgung von Amputationen an der oberen Extremität. Bislang erlauben sie allerdings...

Im Focus: Temperaturgesteuerte Faser-Lichtquelle mit flüssigem Kern

Die moderne medizinische Bildgebung und neue spektroskopische Verfahren benötigen faserbasierte Lichtquellen, die breitbandiges Laserlicht im nahen und mittleren Infrarotbereich erzeugen. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Leibniz-Instituts für Photonische Technologien Jena (Leibniz-IPHT) zeigen in einer aktuellen Veröffentlichung im renommierten Fachblatt Optica, dass sie die optischen Eigenschaften flüssigkeitsgefüllter Fasern und damit die Bandbreite des Laserlichts gezielt über die Umgebungstemperatur steuern können.

Das Besondere an den untersuchten Fasern ist ihr Kern. Er ist mit Kohlenstoffdisulfid gefüllt - einer flüssigen chemischen Verbindung mit hoher optischer...

Im Focus: Temperature-controlled fiber-optic light source with liquid core

In a recent publication in the renowned journal Optica, scientists of Leibniz-Institute of Photonic Technology (Leibniz IPHT) in Jena showed that they can accurately control the optical properties of liquid-core fiber lasers and therefore their spectral band width by temperature and pressure tuning.

Already last year, the researchers provided experimental proof of a new dynamic of hybrid solitons– temporally and spectrally stationary light waves resulting...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Leben im Plastikzeitalter: Wie ist ein nachhaltiger Umgang mit Plastik möglich?

21.06.2018 | Veranstaltungen

Kongress BIO-raffiniert X – Neue Wege in der Nutzung biogener Rohstoffe?

21.06.2018 | Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen im August 2018

20.06.2018 | Veranstaltungen

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

Leichter abheben: Fraunhofer LBF entwickelt Flugzeugrad aus Faser-Kunststoff-Verbund

22.06.2018 | Materialwissenschaften

Lernen und gleichzeitig Gutes tun? Baufritz macht‘s möglich!

22.06.2018 | Unternehmensmeldung

GFOS und skip Institut entwickeln gemeinsam Prototyp für Augmented Reality App für die Produktion

22.06.2018 | Unternehmensmeldung

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