Balance der Gehirnzellenaktivität

Um Informationen in unserem Gehirn zu verarbeiten, erzeugen Nervenzellen kurze elektrische Impulse, sogenannte Aktionspotentiale, die von einer hochspezialisierten Region ausgelöst werden – der Triggerzone im Axonhügel. Forscher des Netherlands Institute for Neuroscience zeigen nun gemeinsam mit Forschern der Universität Heidelberg/Mannheim und der Universitätsmedizin Göttingen in Deutschland, dass sich die elektrischen Triggerzonen überraschenderweise mit der Erfahrung verändern: Sie werden mit zunehmender Anzahl von Erfahrungen kleiner und umgekehrt größer, wenn weniger Input im Gehirn ankommt. Die Ergebnisse wurden in Nature Communications veröffentlicht.

Nagetiere lernen ihre Umwelt durch Bewegung ihrer hochsensiblen Schnurrhaare kennen, mit denen sie Objekte ertasten und zum Beispiel Nahrungsquellen identifizieren. Um zu untersuchen, ob sich die Gehirnzellen mit der Anzahl der sensorischen Erfahrungen verändern, setzten die Forscher um Jochen Staiger, Marten Kole und Maren EngelhardtMäuse in eine Umgebung, in der viele neue Objekte mit variablen Texturen und Formen zum Erkunden vorhanden waren. Als Folge einer solch reichhaltigen Umgebung verkürzten die verantwortlichen Nervenzellen die Länge ihrer Triggerzone. Mit der Verkürzung, die sogar innerhalb weniger Stunden erfolgte, wurde auch die Rate der elektrischen Impulse geringer. Konnten dagegen sensorische Reize das Gehirn nicht erreichen, weil die Schnurrhaare beeinträchtigt waren, wurden die Triggerzonen länger und produzierten mehr elektrische Impulse.

Strukturelle Veränderungen von Neuronen sind ein Phänomen, das Wissenschaftler als "Plastizität" bezeichnen. Sie bilden die Grundlage dafür, dass wir unser ganzes Leben lang weiter lernen und uns an eine sich ständig verändernde Welt anpassen können. Bisher ging man davon aus, dass anatomische Veränderungen in Nervenzellen vor allem an den Kontaktstellen zu anderen Neuronen, den so genannten Synapsen, stattfinden. Die vorliegende Studie zeigt jedoch, dass Plastizität auch an den Triggerzonen für elektrische Impulse auftritt. Das könnte wichtig sein, um die Menge der Gehirnzellenaktivität auszugleichen und Übererregung zu verhindern. Es bleibt die Frage, welche molekularen Mechanismen diese Art von Plastizität erzeugen.

Originalpublikation

Nora Jamann, Dominik Dannehl, Nadja Lehmann, Robin Wagener, Corinna Thielemann, Christian Schultz, Jochen Staiger, Maarten H. P. Kole, Maren Engelhardt. Sensory input drives rapid homeostatic scaling of the axon initial segment in mouse barrel cortex. Nature Communications, 2021; 12 (1) DOI: 10.1038/s41467-020-20232-x