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Blitzschneller Mechanismus im Riechkolben

Gehirn unterscheidet Duftstoffe Blitzschneller Mechanismus im Riechkolben

Wissenschaftler aus der Universitätsmedizin Göttingen haben herausgefunden, welchen neuronalen Mechanismus das Gehirn nutzt, um sehr schnell auf Gerüche reagieren zu können. Sie konnten nachweisen: Die Information über einen Duftstoff ist schon in der zeitlichen Abfolge der jeweils ersten neuronalen Impulse einer Population von Neuronen enthalten.

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Larve des afrikanischen Krallenfrosches Xenopus laevis: Übersicht über den vorderen Hirnteil und die Nase.

Quelle: CMPB

Die Forschungsergebnisse hat Dr. Stephan Junek im Rahmen seiner Doktorarbeit im Labor von Prof. Detlev Schild gewonnen.

Damit wir unsere Umwelt wahrnehmen können, muss jeder Sinneseindruck im Gehirn in Aktivität von Nervenzellen übersetzt werden. Die Göttinger Wissenschaftler haben untersucht, auf welche Weise die Information über Gerüche im räumlich-zeitlichen Muster der entsprechenden Nervenimpulse enthalten ist. Kommt es auf die Zahl der neuronalen Impulse an, die jede Zelle aussendet? Oder auf das genaue Timing einzelner Impulse?

Dazu wurden die Vorgänge bei der Kaulquappe näher unter die Lupe genommen. Sie untersuchten die neuronale Aktivität des „Riechkolbens“. Dies ist die Gehirnregion, die für die Verarbeitung von Informationen für den Geruchssinn zuständig ist. Dabei konzentrierten sie sich auf die „früheste“ Information, die jedes Neuron übermittelt, nämlich den Zeitpunkt des ersten neuronalen Impulses nach Gabe des Duftstoffes, die so genannte Erstspike-Latenz.

Die Wissenschaftler präsentierten dem Geruchssystem eine Vielzahl von Reizen und analysierten die gemessenen Zeiten bis zum ersten „Feuern“ der Nerven (so genannte „Erstspike-Latenzen“) mithilfe zeitlich hochauflösender optischer Messungen in dutzenden Nervenzellen gleichzeitig. Es zeigte sich, dass bestimmte Duftstoffe jeweils ein für sie charakteristisches Verzögerungsmuster hervorrufen. In einem nächsten Schritt konnten die Forscher zeigen, dass es auch möglich ist, einzig auf Grund des gemessenen Musters auf den Duftstoff zurückzuschließen. Die Wissenschaftler gehen daher davon aus, dass Verzögerungsmuster wesentlich dafür sind, um Gerüche sehr schnell erkennen zu können.

„Bisher war es herrschende Meinung unter Neurowissenschaftlern, dass andere Aspekte neuronaler Aktivität – und nicht die ,Erstspike-Latenzen’ – den Code im Gehirn darstellen“, sagt Schild, Direktor der Abteilung Neurophysiologie und Zelluläre Biophysik, in dessen Labor Junek forscht. Schild erklärte, die im Fachjournal „Neuron“ veröffentlichten Ergebnisse zeigten, dass die Duftinformationen in den Latenzen der Nervenzellen im Riechkolben enthalten sind. Damit stellten sich nun neue Fragen: „Vor allem gilt es herauszufinden, wie nachgeschaltete Hirnregionen den Latenz-Code verstehen können“, so Schild, der wie Junek am Bernstein Center Computational Neuroscience Göttingen und am DFG-Forschungszentrum Molekularphysiologie des Gehirns tätig ist.

eb

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