Wie unser Gehirn denkt

Tübinger Hirnforscher ist die Entschlüsselung der Mechanismen des assoziativen Lernens gelungen. Demnach werden ankommende Informationen nicht an einem sondern an vielen verschiedenen Orten abgelegt und später wieder miteinander verknüpft. Die Forscher konnten nun mittels der Zwei-Photonenmikroskopie anhand von Mäusen beobachten, wie die Netzwerkarbeit die plastischen Verbindungen zwischen den Nervenzellen – den Dornfortsätzen – verändert

Obwohl das Gehirn bei weitem nicht die Schnelligkeit eines Computers erreicht, übertrifft es diesen in seiner Lernfähigkeit und seinem Erinnerungsvermögen. Grundlage dafür ist die flexible Vernetzung von über 100 Milliarden Nervenzellen. Eine wichtige Rolle spielen dabei Dornfortsätze, auch „dendritische Spines“ genannt. Diese feinsten Nervenzellausläufer werden beim Lernen und Erinnern stetig umgebaut. Die Veränderbarkeit neuronaler Signalübertragung ist eine der herausragenden Eigenschaften des Gehirns und wird von Neurowissenschaftlern als zelluläre Grundlage für das menschliche Gedächtnis angesehen. Dies ist besonders einleuchtend, wenn man assoziatives Gedächtnis verstehen möchte. Dabei gilt es, Informationen, die auf den ersten Blick nichts miteinander zu tun haben, aufzunehmen, zu verknüpfen und als sinnvollen Zusammenhang zu speichern. Solche Verknüpfungen (oder Assoziationen) liegen auch den komplexesten Denkvorgängen zugrunde. „Nur wenn die beiden höchst unterschiedlichen Signale miteinander verknüpft werden, erfolgt ein Umbau an den Kontaktstellen der miteinander kommunizierenden Nervenzellen. Kurz gesagt: “Wir haben dann etwas gelernt“, erklärt Professor Cornelius Schwarz vom Hertie-Institut für klinische Hirnforschung und dem Werner Reichhardt Centrum für Integrative Neurowissenschaften der Universität Tübingen.

Damit die Forscher dem Gehirn der Mäuse beim Lernen zusehen konnten, trainierten sie diese auf eine einfache Lernaufgabe: Der Assoziation eines Berührungsreizes an ihren Tasthaaren mit einem darauffolgenden kleinen Luftstoß gegen die Augen. „Das Tasthaarsystem der Nager ist hierfür von herausragender Bedeutung, da die sensorischen Eingänge jedes einzelnen Tasthaars an einem sehr kleinen, aber gut bekannten Ort auf der Großhirnoberfläche verarbeitet werden“, sagt Schwarz. Während die Tiere lernten, ihre Augen nach der Tasthaarberührung zu schließen, um den Luftstoß aufs offene Auge zu vermeiden, haben die Hirnforscher starke Umbauvorgänge der Dornfortsätze beobachtet. Es wurden im Mittel 15 Prozent der Dornfortsätze abgebaut, je länger der Lernprozess voranschritt und je besser war die individuelle Lernleistung der Maus. Ein Hinweis auf die hohe räumliche Präzision der Assoziationsprozesse ist es, dass der Dornfortsatzumbau nur an dem Punkt der Großhirnoberfläche stattfand, wo der sensorische Eingang des fraglichen Tasthaares war.

„Die beobachteten, hochspezifischen Eigenschaften des Dornfortsatzumbaus und die große zeitliche Korrelation mit dem Lernerfolg geben großen Anlass zur Hoffnung, dass der damit verbundene Netzwerkumbau kausal für die langfristige Speicherung des Lerninhalts verantwortlich ist“, so Schwarz über die Ergebnisse der Studie. Mit diesen Beobachtungen ist es den Wissenschaftlern gelungen, eine Tür zum Verständnis der Mechanismen des assoziativen Lernens aufzustoßen. Noch ist nicht klar, ob alle Zelltypen des Großhirns solche Veränderungen aufzeigen und warum der von den Forschern beobachtete Zelltyp einen Abbau von Nervenzellverbindungen aufzeigt und nicht einen Aufbau. Auch sind die physiologischen Signale unbekannt, die zu einer solchen Verknüpfung mit darauffolgendem Dornfortsatzumbau führen. All dies muss in weiteren Experimenten aufgeklärt werden.

Viele Gehirnkrankheiten, wie Schizophrenie, Alzheimer und Parkinson sind durch Beeinträchtigungen des Großhirns und damit des Denk- und Lernvermögens charakterisiert. Bevor die Verbesserung dieser Symptome und ihrer zugrundeliegenden neuronalen Prozesse ins Visier genommen werden können, müssen dieselben Prozesse im gesunden Gehirn verstanden worden sein. Auf diesem Weg sind die Tübinger Forscher ein kleines, aber wichtiges Stück weiter gekommen.




Ihr Kommentar zum Thema

Bitte melden Sie sich an, um zu kommentieren.
News

Bachkantate statt Betablocker als Blutdrucksenker!

Wissenschaftliche Studien haben gezeigt, dass Barock Musik und ganz besonders Musik von Johann Sebastian Bach nicht nur eine entspannende Wirkung …

gesünder unter 7
Gewinnspiele

Dr. Hauschka Beauty Set - Body

Dr. Hauschka

Gewinnen Sie ein Dr. Hauschka Beauty Set “Body” im Wert von ca. 90,00 € Bestehend aus: 1 x Quitten Tagescreme Die Quitten …

Videos

Effektives Lernen - Welt der Wunder

Sind Sie was das Lernen angeht eher der visuelle oder der auditive Typ? Vielleicht müssen Sie sich mit dieser Frage auch gar nicht mehr beschäftigen, denn neueste Studien stellen die Lerntypen in Frage. Doch wie …

Bücher

Der Stein des Lebens

Wie das Vulkanmineral Zeolith-Klinoptilolith Ihre Gesundheit und Ihr Leben retten kann!

Autor: Ilse Triebnig, Ingomar W. Schwelz
Preis: EUR 19.80