So aktiv ist unser Gehirn wirklich

Unsere Zellfortsätze im Gehirn funktionieren anders als bisher angenommen. Demnach seien sie nicht nur für die Weiterleitung von Signalen verantwortlich, sondern erzeugen auch selbst Impulse. Möglicherweise sind sie sogar für den Großteil der Hirnaktivität verantwortlich.

Bisher waren die Aktivitäten von Nervenzellen klar strukturiert. Demnach erzeuge der Zellkörper Nervenimpulse. Ein Axon leitet diese weiter und gibt sie an die Dendriten, sogenannte Zellfortsätze, von anderen Neuronen. Diese leiten im letzten Schritt den Impuls an den Zellkörper weiter. Laut einer Forschergruppe von Jason J. Moore am Keck Center for Neurophysics der University of California sei diese vereinfachte Darstellung jedoch nicht ganz richtig.

Unser Gehirt leistet mehr als nur die Weiterleitung eines Signals

Laut den Ergebnissen des Teams bestehe die Aufgabe von Dendriten zwar auch darin Signale weiterzugeben, jedoch können sie auch selbst Signale erzeugen – und das weitaus häufiger als der Zellkörper selbst! Bisher wurde die Signalerzeugung hauptsächlich diesem zugeschrieben.

Versuche an frei laufenden Ratten ergaben nun ein anderes Bild. Moore und sein Team untersuchten die Aktivität der Nervenfortsätze. Dafür nahmen sie die Hilfe von Mikroelektroden in Anspruch. Anhand der Ergebnisse konnte das Team unter anderem bestätigen, dass die bisher nur sporadisch beobachteten Impulse an lebenden Tieren auftreten. Hinzu und noch viel interessanter im Verlauf sei, dass diese Impulse extrem häufig auftreten. Könne der Befund allgemein angewendet werden, also für Tier und Mensch, wären bisher mehr als 90 Prozent der neuronalen Aktivitäten des Gehirns vollkommen unbekannt gewesen.

Von Aktionspotenzialen bis hin zur Signalerzeugung

Um über die neuronale Aktivität bei lebenden Tieren Informationen zu erhalten, werden Aktionspotentiale zur Hilfe genommen, die von den einzelnen Zellkörpern erzeugt werden. Bisher war der Wissenschaft jedoch schon klar, dass es sich nur um einen Bruchteil der gesamten Aktivitäten handeln und dass die Nervenaktivität viel weiter reichen könne. Das Ausmaß sei bisher allerdings noch unbekannt. In isolierten und sezierten Neuronen und Gehirnen konnten Wissenschaftler bereits herausfinden, dass Dendriten, die bisher hauptsächlich als Empfänger von Signalen erachtet wurden, auch selbst Signale erzeugen. Das jedoch an lebenden Tieren zu beweisen, sei bisher allerdings äußerst schwierig gewesen, da die Dendriten dünn und weit verzweigt seien. Moore und seinem Team gelang dies schließlich mit sogenannten Tetroden. Diese messen normalerweise nur Signale außerhalb von Zellen.

Lernvorgänge auch innerhalb von Zellen

Die Tetroden seien in der Lage unter bestimmten Umständen auch intrazelluläre Aktionspotentiale zu erkennen und zu messen, ohne die Zellmembran durchdringen zu müssen. Vermutlich seien die einzelnen Dendriten in einen schmalen Spalt zwischen den Elektroden geraten, weshalb eine Messung ermöglicht wurde. Das vermuten die Forscher. Diese Aktion gelang sogar in 25 weiteren Fällen. Laut den Forschern seien die Signale auffallend anders als die extrazelluläre Impulse normalerweise. Aufgrund dessen seien sie leicht zu erkennen gewesen.

Folglich konnte durch die nun zugrunde liegenden Ergebnisse die Hypothese, dass Signale nicht nur in den Gruppen von Neuronen verarbeitet werden, sondern auch innerhalb der Zelle Lernvorgänge stattfinden, weiter gestärkt werden.