Wie das Gehirn kommuniziert

Ber­liner For­scher aus HU Berlin und Cha­rité Berlin ent­schlüs­seln Mecha­nismus der Kom­mu­ni­ka­tion zwi­schen Gehirnhälften.

Einen wich­tigen Mecha­nismus, wie die mensch­li­chen Gehirn­hälften mit­ein­ander kom­mu­ni­zieren, ent­deckte nun ein For­scher­team aus Berlin und der Uni­ver­sität Bern. Die gewon­nenen Ergeb­nisse, die in der aktu­ellen Aus­gabe des Fach­jour­nals Sci­ence vor­ge­stellt werden, führen zu neuen Ein­bli­cken in die Ner­ven­zell­kom­mu­ni­ka­tion des Gehirns, die auch bei Schlag­an­fall eine Rolle spielen könnten.

Kom­mu­ni­ka­tion im Gehirn

Auf dem Weg zum Gehirn kreuzen sich die Ner­ven­bahnen im mensch­li­chen Körper. Dies hat zur Folge, dass die Reize in der gegen­über­lie­genden Hirn­hälfte ver­ar­beitet werden. Also berührt uns zum Bei­spiel jemand an der rechten Hand, kommt diese Berüh­rung in unserer linken Hirn­hälfte an. Trotzdem müssen beide Hirn­hälften ihre Akti­vi­täten abstimmen. Da einige Funk­tionen, wie zum Bei­spiel Sprache, domi­nant nur in einer Hemi­sphäre aus­ge­prägt sind, müssen deren Signale immer der anderen Hirn­hälfte mit­ge­teilt werden. Noch offen­sicht­li­cher ist dies bei all­täg­li­chen Auf­gaben wie der Koor­di­na­tion der Hände oder der Füße, die eine sehr prä­zise Kom­mu­ni­ka­tion der beiden Gehirn­hälften nötig macht. Die Signale, die die Hirn­hälften errei­chen, werden dabei via einer mas­siven Ner­ven­bahn, dem soge­nannten Balken, von der einen Hemi­sphäre der Groß­hirn­rinde zur anderen gesendet.

Exzel­lenz­cluster Neu­ro­Cure an Cha­rité Berlin

Die For­scher­gruppe um Matthew Larkum vom Exzel­lenz­cluster Neu­ro­Cure an der Cha­rité Berlin – Uni­ver­si­täts­me­dizin Berlin  sowie der HU Berlin erforscht Mecha­nismen im Gehirn, die die Akti­vi­täten von Neu­ronen in der Groß­hirn­rinde kon­trol­lieren. In ihrer aktu­ellen Studie in Zusam­men­ar­beit mit der Uni­ver­sität Bern kon­zen­trierten sich die Neu­ro­wis­sen­schaftler dabei auf die Ver­ar­bei­tung von Tast­emp­fin­dungen. Hierzu benutzten Larkum und sein Team eine Reihe von Methoden wie bei­spiels­weise intra­zel­lu­läre Mes­sungen ein­zelner Ner­ven­zellen im intakten Gehirn sowie ver­schie­dene Bild-gebende Ver­fahren wäh­rend der sen­so­ri­schen Sti­mu­la­tion der Hin­ter­pfote einer Ratte.

Opto­ge­netik an Cha­rité Berlin

Dabei fanden die For­scher jetzt heraus, dass die Rei­zung der rechten und linken Pfote der Ratte eine relativ lang­same, fast halb­se­kun­den­lange anhal­tende hem­mende Wir­kung auf die Akti­vität der Ner­ven­zellen hat. „Das ist sehr langsam“, stellt Larkum fest. „Nor­ma­ler­weise erfolgt die Signal­über­tra­gung um ein Viel­fa­ches schneller. Daher wollten wir wissen, welche Ner­ven­schal­tung diesem Mecha­nismus zu Grunde liegt und die zel­lu­lären Kom­mu­ni­ka­ti­ons­wege iden­ti­fi­zieren“, erklärt er weiter.
Dies gelang ihnen mit Hilfe einer neuen Tech­no­logie, der soge­nannten Opto­ge­netik, die es ermög­licht spe­zi­fi­sche Nerven mit Licht zu sti­mu­lieren. So konnten die For­scher zeigen, dass Ner­ven­fa­sern, die aus der gegen­über­lie­genden Hemi­sphäre kommen, eine spe­zi­elle Gruppe von lokalen hem­menden Ner­ven­zellen akti­vieren. Diese Ner­ven­zellen wie­derum akti­vieren langsam wir­kende Rezep­toren, die zu einer gerin­geren Akti­vität in den anderen Ner­ven­zellen der­selben Hemi­sphäre führen.

Schlag­an­fall­for­schung an Cha­rité Berlin

Vor allem für die Schlag­an­fall­for­schung könnte dies ein wei­terer, kleiner Bau­stein bei der Ent­wick­lung neuer The­ra­pien sein, da dieser Mecha­nismus hier eine wichtig Rolle spielt. Doch nicht nur bei Schlag­an­fall­schäden ist die Kom­mu­ni­ka­tion der beiden Hemi­sphären in der Groß­hirn­rinde ent­schei­dend, son­dern auch für eine Reihe kogni­tiver Fähig­keiten, wes­halb die Ergeb­nisse der Studie noch weit­rei­chende Aus­wir­kungen haben könnten.

Exzel­lenz an Cha­rité Berlin

Neu­ro­Cure ist ein im Rahmen der Exzel­lenz­in­itia­tive des Bundes sowie der Länder geför­dertes Exzel­lenz­cluster an der Cha­rité Uni­ver­si­täts­me­dizin Berlin. Im Fokus des inter­dis­zi­pli­nären For­schungs­ver­bundes steht die Über­tra­gung (Trans­la­tion) neu­ro­wis­sen­schaft­li­cher Erkennt­nisse der Grund­la­gen­for­schung in die kli­ni­sche Anwen­dung. Ein bes­seres Ver­ständnis von Krank­heits­me­cha­nismen trägt dazu bei, wirk­same The­ra­pien für neu­ro­lo­gi­sche Erkran­kungen wie Schlag­an­fall, Mul­tiple Skle­rose oder Epi­lepsie zu ent­wi­ckeln. Neben der Cha­rité sind die HU Berlin, die FU Berlin, das Max-Delbrück-Zentrum für Mole­ku­lare Medizin (MDC), das Leibniz-Institut für Mole­ku­lare Phar­ma­ko­logie (FMP) sowie das Deut­sches Rheu­ma­for­schungs­zen­trum (DRFZ) Partner von NeuroCure.

 

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