Mikroskopisches Bild von CA3-Pyramiden-Neuronen. Für die Aufnahme wurden sie fixiert und anschließend eingefärbt, um ihre Formen vollständig rekonstruieren zu können. © Jose Guzman / ISTA Jonas Group
Pyramiden-Neuronen sind im Hippocampus von Geburt an nebeneinander aufgereiht. Hier werden Erinnerungen gespeichert und Sinneseindrücke verknüpft. Ein österreichisches Forscherteam fand nun heraus, dass dieses Nervennetzwerk zu Beginn des Lebens ein dichtes Geflecht mit zufälligen Verbindungen ist und im Laufe der Entwicklung ausgedünnt und optimiert wird.
Der Hippocampus ist eine seepferdchenförmige Struktur des Gehirns, in der flüchtige Wahrnehmungen zu dauerhaften Erinnerungen verarbeitet werden. Das Bild zeigt acht CA3-Pyramiden-Neuronen, die in einem Mäusegehirnschnitt untersucht wurden. Im Hippocampus formen die Zellkerne dieser Neuronen einen Bogen, der durch die gestrichelte Linie angedeutet ist. Eine Arbeitsgruppe um Peter Jonas am Institute of Science and Technology Austria zeigt in einer neuen Studie, wie sich das Nervennetzwerk dieser Gehirnregion nach der Geburt entwickelt.
Bislang war unklar, ob das neuronale Geflecht im Hippocampus bereits bei der Geburt im Organismus angelegt ist oder ob das Netzwerk erst Stück für Stück entsteht. Als Analogie verwenden die Forschenden das Bild eines Blattes: Werden schon vorhandene Informationen im Laufe des Lebens ergänzt, geordnet und gestrichen (Tabula plena) oder wird das zu Beginn völlig leere Blatt im Laufe des Lebens beschrieben (Tabula rasa)? Ist alles von Anfang an angelegt, oder formt erst Erfahrung das, was wir sind?
Untersucht wurden die CA3-Pyramiden-Neuronen, die im Hippocampus von Säugetieren Erinnerungen abspeichern. Von diesen Neuronen wurden in Mäusen elektrische Signale mithilfe der sogenannten Patch-Clamp-Technik gemessen. Zusätzlich kamen hochentwickelte Mikroskope zum Einsatz, um die Entwicklung des Neuronennetzes zu beobachten. Die Mäuse wurden in drei verschiedenen Entwicklungsstadien untersucht: kurz nach der Geburt (Tag 7-8), im jugendlichen Alter (Tag 18-25) und im erwachsenen Alter (Tag 45-50).
Das Ergebnis verblüffte die Forschenden: Im Laufe des Lebens werden die Abstände zwischen den einzelnen Neuronen größer und die fadenartigen Fortsätze der Zellen sind immer weniger stark vernetzt. „Intuitiv würde man erwarten, dass ein Netzwerk mit der Zeit wächst und dichter wird. Hier sehen wir aber genau das Gegenteil. Es handelt sich um ein Pruning Model: Anfangs ist es voll, später wird verfeinert und optimiert“, so Peter Jonas. Vermutlich hat diese Art der Entwicklung einen Vorteil: Ein schon zu Beginn weit verzweigtes Netzwerk erlaubt es Nervenzellen möglicherweise, sich schnell und effizient miteinander zu verbinden. Müssten sich alle Verbindungen erst neu bilden, wären die Zellen zunächst zu weit voneinander entfernt, und effiziente Kommunikation kaum möglich.
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