#Neuronen im Blick

Dieses riesige, grün fluoreszierende Auge gehört nicht etwa einem Alien, sondern einer wenige Tage alten Zebrafischlarve. Interessanterweise ist die Hirnregion, die ihre Augenbewegungen steuert, der entsprechenden Hirnregion von Säugetieren sehr ähnlich. Beim Zebrafisch besteht sie jedoch bloß aus 500 Neuronen, was sie zu einem geeigneten Modell für die Untersuchung des menschlichen Sehsinns macht.

Dank dieser besonderen Eigenschaften haben die obige Zebrafischlarve und ihre Artgenossen gerade bei der Klärung einer wichtige Frage geholfen: Wie arbeiten Kurzzeitgedächtnis und Sehsinn zusammen? Auf unsere Augen strömt permanent eine Vielzahl sensorischer Informationen ein, die sich noch dazu immer wieder verändert. Aber wie schaffen wir es bei dieser Reizüberflutung, den Blick auf die wesentlichen Aspekte einer Situation zu lenken? Und wie fügen wir gerade Betrachtetes zum großen Ganzen zusammen – zum Beispiel mehrere gelesene Wörter zu einem Satz? Um das mithilfe der Zebrafischlarven herauszufinden, hat ein Forschungsteam der Cornell University die neuronalen Verknüpfungen der Fische mit einem ungewöhnlichen Ansatz untersucht. Die Forschenden arbeiteten mit sogenannten dynamischen Systemen – mathematischen Modellen, die beschreiben, wie sich der Zustand eines Systems im Laufe der Zeit verändert. Dabei bestimmt der aktuelle Zustand die zukünftigen Zustände, so wie beim Bewegen der Augen: Die aktuellen visuellen Eindrücke bestimmen, worauf wir unsere visuelle Aufmerksamkeit als Nächstes lenken.

Dabei entdeckten die Forschenden, dass das dynamische System der Zebrafischlarven aus zwei Rückkopplungsschleifen besteht, die jeweils drei Cluster eng miteinander verbundener Zellen enthalten. Auf Basis dieser anatomischen Architektur konnten sie ein Computermodell erstellen, das das Aktivitätsmuster der Zebrafischaugen genau vorhersagt. Für Co-Autor Emre Aksay vom Weill Cornell Medical College ein überraschendes Ergebnis: „Ich betrachte mich in erster Linie als Physiologe. Daher war ich überrascht, wie viel vom Verhalten des Schaltkreises wir allein anhand der anatomischen Architektur vorhersagen konnten.“

Als Nächstes wollen Aksay und seine Kollegen nun untersuchen, wie die Zellen der verschiedenen Cluster zum Verhalten des Schaltkreises beitragen – und ob sie abweichende genetische Signaturen aufweisen. Mit diesen Daten könnten sich künftig Störungen der Augenbewegungen besser behandeln und neue Erkenntnisse zu anderen Hirnregionen gewinnen lassen, die auf das Kurzzeitgedächtnis angewiesen sind.

© wissenschaft.de – Paula Sträter