Neue Erkenntnisse: Wie die Nervenzellen im Gehirn durch Verhalten beeinflusst werden

Das menschliche Gehirn hat etwa 100 Milliarden Nervenzellen und steuert Sinneswahrnehmungen und andere hochkomplexe Abläufe. Diese „Steuerzentrale“ braucht ganze 15 Prozent des gesamten Energiebedarfs des Körpers.

Durch Lern- und Verhaltensprozesse wie beim Erlernen eines Instruments, oder Sportart wird das Netzwerk der Nervenzellen im Gehirn beeinflusst und verändert. Die Forschungsgruppe um den Neurobiologen Prof. Peter Scheiffele am Biozentrum der Universität Basel hat nun einen Mechanismus erkannt, mit dem Nervenzellen ihre Verbindungen anpassen.

„Dieser neue Regulationsmechanismus gibt einen Einblick, wie unsere Empfindungen und unser Verhalten direkt das neuronale Netzwerk im Gehirn verändern. Wenn ich beispielsweise ein Instrument lerne und die Bewegung meiner Hände trainiere, speichert mein Gehirn diese Information durch entsprechend angelegte Nervenverbindungen“, so Prof. Scheiffele.

Netzwerke im Gehirn

Die Gruppe von Prof. Peter Scheiffele entdeckte einen neuen Mechanismus, mit dem Nervenzellen (Neuronen), den Aufbau ihres Netzwerks im Gehirn verändern. Die Ergebnisse zeigen, dass sich neuronale Aktivität während der Entwicklung des Nervensystems oder bei Lernprozessen direkt auf die Verbindungen im Nervensystem auswirkt.

Die für die Kommunikation zwischen den Zellen zuständigen Schlüsselstellen im Gehirn sind die Synapsen. Das Nervensystem ist ein Netzwerk aus Neuronen, die für die Informationsleitung verantwortlich sind. Eine wichtige Rolle bei der Entstehung der Synapsen spielt das Membranprotein Neurexin. Es nimmt mit Bindungspartnern Kontakt auf und stellt die Verbindung zwischen zwei Neuronen her. Eine Besonderheit von Neurexin ist, dass es in über 3000 Arten vorkommt.

Verändertes Verhalten – veränderte Nervenverbindung

Die Forscher konnten nachweisen, dass die Aktivierung von Neuronen das alternative Verbinden über ein bestimmtes Bindeprotein beeinflusst. Das Bindeprotein bestimmt, welche Variante erzeugt wird. Auf diese Weise können Nervenzellen als Reaktion auf ein neuronales Signal Kontakt zu anderen Nachbarzellen aufnehmen, der ihnen ohne passenden Rezeptor verwehrt bleibt. Die neuronale Verbindung kann so durch veränderte Aktivität geändert werden.

Die in der Fachzeitschrift «Cell» veröffentlichten Erkenntnisse, wie Neuronen die richtigen Partner erkennen, mit diesen Verbindungen eingehen und wie fehlerhafte Bindungen gelöst werden, können zum Verständnis von Autismus und Schizophrenie beitragen. (Biozentrum Uni Basel/red)