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Nervenzellen mit Rhythmusgefühl

Forschungen am Deutschen Primatenzentrum Nervenzellen mit Rhythmusgefühl

100 Milliarden Nervenzellen, die durch 100 Billionen Synapsen verknüpft sind. Wie das Gehirn organisiert ist und wie der Informationsfluss zwischen Hirnarealen koordiniert wird, haben Neurowissenschaftler am Deutschen Primatenzentrum (DPZ) erstmals auf der Ebene einzelner Nervenzellen untersucht.

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Das Gehirn – ein Netzwerk aus 100 Milliarden Nervenzellen, die durch 100 Billionen Synapsen verknüpft sind.           

Quelle: dpa

Durch Studien haben sie herausgefunden, dass die Nervenzellen in den verschiedenen Hirnarealen, die die Greifbewegungen unserer Hände kontrollieren, stark miteinander kommunizieren und in arealübergreifenden funktionellen Gruppen organisiert sind. Außerdem konnten sie zeigen, dass einige wenige Nervenzellen das Netzwerk steuern, indem sie als zentrale Knotenpunkte fungieren und den Informationsfluss innerhalb des Nervenzellverbunds koordinieren.

Diese Knotenpunkt-Nervenzellen kommunizieren zudem sehr stark untereinander und bilden somit ein arealüberspannendes Rückgrat für Kommunikation. Interessanterweise unterscheidet sich die Art der Kommunikation der Knotenpunkt-Nervenzellen vom Rest des Netzwerks. So erfolgt deren Informationsweiterleitung durch rhythmische Aktivität, die untereinander gleichgeschaltet ist. Dies lässt vermuten, dass größere Gruppen von Nervenzellen sich untereinander rhythmisch synchronisieren, um Bereiche des Gehirns miteinander zu verbinden.

Durch theoretische mathematische Analysen und Hirnuntersuchungen ist seit längerem bekannt, dass verschiedene Regionen des Gehirns als komplexes Netzwerk organisiert sind, das eine schnelle und fehlerresistente Informationsverarbeitung ermöglicht. Allerdings ist es mit diesen Methoden nicht möglich, die Aktivität einzelner Nervenzellen zu messen. Dies ist jedoch notwendig, wenn man verstehen will, wie neuronale Krankheiten entstehen.

Die Wissenschaftler fanden heraus, dass die Nervenzellen aller drei Hirnareale ein stark verbundenes Netzwerk bilden, das wiederum in funktionellen Untereinheiten organisiert ist. Überraschenderweise entsprechen diese Module nicht genau den drei betrachteten Hirnarealen. 84 Prozent der Module waren nicht auf ein Areal begrenzt. Darüber hinaus konnten sie zeigen, dass es innerhalb des Netzwerkes einzelne Nervenzellen gibt, die eine zentrale Funktion übernehmen.

Zudem beobachteten die Wissenschaftler, dass die Knotenpunkt-Nervenzellen rhythmisch aktiv sind und mit dem Rest des Netzwerks rhythmisch kommunizieren. Die anderen Nervenzellen sind dagegen vorwiegend arrhythmisch aktiv. „Wir konnten damit erstmals zeigen, dass die rhythmische Aktivität in festen Frequenzen ein wichtiges Merkmal der zentralen, den Informationsfluss koordinierenden Nervenzellen darstellt“, fasst Benjamin Dann seine Ergebnisse zusammen.

Die Studie kann dazu beitragen, neuronale Erkrankungen wie Schizophrenie oder Autismus besser zu verstehen, da diese unter anderem durch Störungen von rhythmischer Synchronität wie auch der Netzwerk-Struktur verursacht werden.

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