Neurobiologen können einzelne Nervenzellen gezielt aktivieren

Wie wichtig solche erlernten Vermeidungsstrategien sind zeigt, dass selbst Fruchtfliegen dazu in der Lage sind. Sie können lernen, einen Duft und einen Stromimpuls in Verbindung zu bringen und die Duftquelle daraufhin zu meiden. Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für Neurobiologie konnten nun drei Nervenzellen identifizieren, die bei diesem komplexen Vorgang eine Rolle spielen. Dabei gelang es ihnen, einzelne Zellen gezielt durch Veränderungen der Umgebungstemperatur an- oder abzuschalten – und das, während sich die Tiere frei bewegten und lernten.

Was passiert im Gehirn, wenn solch unterschiedliche Reize wie ein Duft und ein Stromimpuls miteinander verbunden werden und dies zu einer Verhaltensänderung führt? Dieser Frage sind Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für Neurobiologie in Martinsried am Modell der Fruchtfliege auf der Spur.

Das Team unter der Leitung von Hiromu Tanimoto hat die Fruchtfliege, deren Gehirn zugegebenermaßen winzig ist, aus zweierlei Gründen ausgesucht: Zum einen ist das Gehirn dieser Tiere mit knapp hunderttausend Nervenzellen deutlich einfacher aufgebaut, als zum Beispiel ein menschliches Gehirn mit rund hundert Milliarden Nervenzellen. In der Fruchtfliege ist es daher einfacher, die Zellen zu identifizieren, die für das Entstehen von Vermeidungsverhalten wichtig sind. Zum anderen gibt es für die Fliege zahlreiche genetische Werkzeuge, mit denen zum Beispiel bestimmte Gehirnfunktionen aktiviert werden können.
Die Wissenschaftler wussten, dass die Verknüpfung von Geruch und Stromimpuls innerhalb des Pilzkörpers geschieht – einer Struktur im Fliegenhirn mit rund 2000 Nervenzellen. Zudem ist bekannt, dass der Botenstoff Dopamin wichtig ist, damit die Fliegen lernen können, eine potenzielle Gefahr mit einem Geruch zu verknüpfen. Tanimotos Team konnte zeigen, dass drei Dopamin-ausschüttende Zellen aktiv sein müssen, damit ein wahrgenommener Duft mit einem negativen Erlebnis verknüpft wird. Nun wollen die Wissenschaftler entschlüsseln, wie Erlebnisse miteinander verknüpft werden, und wie daraus eine Verhaltensänderung entsteht.