Wenn das Gehirn eine neue Bewegung lernt, dann beginnen seine Nervenzellen fast augenblicklich damit, sich neu zu verbinden. Das haben Wissenschaftler an Mäusen herausgefunden. Sie hoffen, dass die Erkenntnisse eines Tages auch Schlaganfallpatienten helfen können.
London – Was tut man nicht alles für ein paar leckere Happen. Manche Labormäuse quetschen sich auf der Suche nach Futter zum Beispiel durch einen sehr engen Spalt – auch wenn sie die dafür nötige Bewegung erst lernen müssen. US-Forschern ist es mit Hilfe der Tiere gelungen, die Abläufe bei motorischen Lernprozessen im Gehirn etwas besser zu verstehen. Als sie vor, während und nach dem Training die Auswirkungen der Übung auf das Mäusegehirn untersuchten, stellten die Molekularbiologen nämlich Überraschendes fest: Innerhalb von einer Stunde bildeten sich Synapsen zwischen Nervenzellen in eben jenem Gehirnbereich aus, der Muskelbewegungen kontrolliert.
Die neuen Nervenverbindungen erwiesen sich als sehr robust: Auch im Test nach vier Monaten beherrschten die Mäuse ihren Trick noch – selbst das Lernen ähnlicher motorischer Fähigkeiten störte die aufgebaute Hirnverdrahtung nicht. Langfristig sollen die Erkenntnisse Neurologen dabei helfen, das Langzeitgedächtnis von Schlaganfall-Patienten schneller wiederherzustellen. Die Forscher berichten von ihrer Studie in der Online-Ausgabe des Fachmagazins “Nature”.
“Uns ist es erstmals im Rahmen von Bewegungsstudien gelungen, die gleichen Synapsen über einen längeren Zeitraum zu beobachten”, erklärt Co-Autorin Yi Zuo von der University of California, Santa Cruz. “Und wir haben nachgewiesen, dass die Strukturveränderungen im Gehirn viel früher einsetzen, als bisher angenommen.”
Leuchtendes Eiweiß im Mäusehirn
Während des Lernens finde ein Umbauprozess statt, bei dem Nervenverbindungen aufgebaut und nicht relevante abgebaut würden. “Dabei vergisst das Bewegungs- und Muskelgedächtnis der Mäuse nichts mehr – so wie auch wir das Fahrradfahren nicht verlernen.” Fazit: Eine schnelle und langlebige Reorganisation der Synapsen ist der Schlüssel für ein stabiles Bewegungsgedächtnis.
Um bei ihrer Untersuchung das Mäusegehirn nicht zu verletzen, manipulierten die Molekularbiologen die Tiere genetisch: Diese produzierten in bestimmten Nervenzellen der Hirnrinde ein lichtabstrahlendes Eiweiß. Das wiederum macht sich das sogenannte Multiphotonen-Mikroskop zunutze: Es tastet das Gewebe mit Lichtpulsen ab, die den 20-milliardsten Bruchteil einer Sekunde dauern und das Eiweiß zum Leuchten anregen – ein Objektiv fängt die Fluoreszenz für die Bildgebung auf.
Die Studie zeigt, dass frisch ausgebildete Verzweigungen der Nervenzellen zunächst instabil sind. Während des motorischen Lernprozesses sind sie dann einem Auswahlverfahren unterworfen. Dieses entscheidet, welche Synapsen dauerhaft bestehen bleiben. “Wir wollen mit der Studie den nach einem Schlaganfall einsetzenden Prozess verstehen, bei dem Patienten gewisse Dinge erneut lernen müssen – und diesen Vorgang beschleunigen”, sagt Zuo.
Auch ein weiteres auf der “Nature”-Website veröffentlichtes Paper beschäftigt sich mit Lernprozessen im Gehirn. Drei Forscher von der New York University School of Medicine beschreiben darin, wie Verbindungen zwischen Nervenzellen im Laufe des Lebens neue Informationen speichern, ohne altes Wissen zu verlieren. Auch diese Studie wurde an Mäusen durchgeführt. Die Wissenschaftler Guang Yang, Feng Pan und Wen-Biao Gan beschreiben den Lernprozess als extrem langwierige, nie abgeschlossene Angelegenheit. Tägliche sensorische Erfahrungen würden kleine, aber dauerhafte Einflüsse auf die synaptischen Netzwerke im Mäusegehirn haben, schreiben die Forscher.
Quelle: Spiegel online