Gedächtnis durch Konkurrenz zwischen Gehirnzellen verbessert
Die Ergebnisse, veröffentlicht in Neuronwird die Suche nach den Ursachen für neurologische Störungen wie Alzheimer, Autismus und Schizophrenie unterstützen.
"Ein Großteil unseres Verständnisses der Verkabelung des Gehirns stammt aus der Untersuchung unserer sensorischen und motorischen Systeme, aber weit weniger über die Mechanismen, die neuronale Schaltkreise organisieren, die an höheren Gehirnfunktionen wie Lernen und Gedächtnis beteiligt sind", sagte der leitende Autor Hisashi Umemori, MD , Ph.D.
Gehirnzellen wachsen und erstrecken sich entlang von Pfaden, um verschiedene Teile des Gehirns zu verbinden, sagte Umemori. Während sich das Gehirn entwickelt, optimieren sich diese Verbindungen und werden effizienter. Probleme mit diesem Verfeinerungsprozess können für einige neurologische Störungen verantwortlich sein.
"Wir wollten wissen, wie Gehirnschaltungen während der Entwicklung des Gehirns effizienter werden", sagte Umemori. "Wählt das Gehirn gute Verbindungen und beseitigt schlechte und wenn ja, wie?"
Um zu untersuchen, wie neuronale Aktivität Gedächtnisschaltungen organisiert, verwendeten die Forscher Mäuse, die genetisch verändert wurden, damit interessierende Neuronen gezielt ausgeschaltet werden konnten.
Die Wissenschaftler untersuchten den Zusammenhang zwischen dem Hippocampus, der für Lernen und Gedächtnis von entscheidender Bedeutung ist, und der Großhirnrinde, die für Wahrnehmung und Bewusstsein von entscheidender Bedeutung ist, sowie anderen kognitiven Funktionen. Sie deaktivierten ungefähr 40 Prozent der Neuronen in der Verbindung und beobachteten innerhalb weniger Tage, wie das Gehirn die inaktiven neuronalen Verbindungen beseitigte und nur die aktiven behielt.
Ein nachfolgender Teil des Experiments zeigte, dass bei Deaktivierung aller Neuronen ihre Verbindungen nicht beseitigt wurden.
"Dies sagt uns, dass das Gehirn einer Gruppe von Neuronen sagen kann, welche Verbindungen besser sind als andere", sagte Umemori. „Die Neuronen stehen im Wettbewerb miteinander. Wenn sie alle gleich schlecht sind, kann keiner eliminiert werden. "
Die Forscher untersuchten auch einen Teil des Hippocampus, den Gyrus dentatus, der nur einer von zwei Bereichen des Gehirns ist, in denen während des gesamten Lebens immer wieder neue Neuronen erzeugt werden. Hier fanden sie eine zweite Art von Konkurrenz: Neugeborene Zellen konkurrierten eher mit reifen Zellen als mit Konkurrenz zwischen reifen Zellen.
Als Wissenschaftler die Fähigkeit des Gyrus dentatus blockierten, neue Zellen zu bilden, wurde die Elimination gestoppt und das Gehirn behielt die vorhandenen Zellen bei, selbst wenn sie deaktiviert waren.
Die Botschaft daraus ist, dass effizientes Lernen und Gedächtnis entsteht, wenn das Gehirn schlechte Verbindungen beseitigt, erklärt Umemori.
Er fügte hinzu: "Je besser wir verstehen, wie diese Mechanismen funktionieren, desto besser können wir verstehen, was passiert, wenn sie nicht funktionieren."
Quelle: Universität von Michigan
