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Volkszählung im Gehirn

Forscher aus Tübingen und Houston entdecken neue Zelltypen

Wissenschaftler aus Tübingen und Houston haben neue Zelltypen im Gehirn von Mäusen identifiziert. Die Untersuchung soll Aufschluss darüber geben, wie im Gehirn komplexe Berechnungen durchgeführt werden.

27.11.2015

Tübingen. Wissenschaftler lieben Modelle, um die Wirklichkeit so exakt und so einfach wie möglich nachzubilden. Aber je komplexer der untersuchte Gegenstand, desto mehr muss man das Modell vereinfachen. Das Gehirn, die vielleicht komplexeste Struktur des Universums, scheint sich der Modellbildung zu entziehen. Doch die Technik stößt mittlerweile in Bereiche vor, die die Nachbildung von Hirnfunktionen im Computer in greifbare Nähe rückt. Ein ganzer Bereich der Hirnforschung, die „Computational Neuroscience“ („berechnungsgestützte Neurowissenschaft“) befasst sich damit, neuronale Netzwerke und ihren Aufbau zu verstehen und Computermodelle zur Nachbildung von Hirnfunktionen zu schaffen.

Dies machte sich nun eine Kooperation zwischen den Tübingern Dr. Alexander Ecker und Bernsteinpreisträger Dr. Philipp Berens (beide Werner Reichardt Centrum für Integrative Neurowissenschaften – CIN an der Uni Tübingen) und einem Forscherteam um Dr. Andreas Tolias (Baylor College of Medicine, Houston/Texas) zunutze. Während in Texas mit Mikroskopier- und Schneidetechniken einzelne Nervenzellen aus dem Neocortex von Mäusen isoliert wurden, analysierten die Tübinger die Daten. Im Neocortex sind die höheren Hirnfunktionen wie Wahrnehmung und Bewegung beheimatet, beim Menschen auch Denken und Sprache.

Insgesamt wurden 2200 einzelne Zellen untersucht. Die Neurowissenschaftler sprechen von „Populationen“, die sie mit einem „Zensus“ erfassen – eine Volkszählung im Gehirn sozusagen. Für eine derart umfassende Untersuchung individueller Zellen fehlten bis vor Kurzem sowohl die technischen Möglichkeiten als auch die der Analyse. Da bereits eine einzelne Nervenzelle ein hochkomplexes Gebilde ist, ist die Kategorisierung gleich einiger Tausend extrem aufwändig. Dem Forscherteam gelang es, Algorithmen zu entwickeln, die Zellen anhand ihrer Morphologie (Form und Beschaffenheit) 15 verschiedenen Typen zuordnen können: eine überraschend große Zahl – zudem waren fünf bislang unbekannt, wie es in einer Pressemitteilung heißt.

Diese „Interneurone“ sind Nervenzellen, die keine Verbindungen zu anderen Hirnbereichen herstellen, sondern sich mit ihrer „Nachbarschaft“ zu Schaltkreisen vernetzen, die bisher wenig untersucht sind. Die Forscher vollzogen nun erstmals genau nach, welche der 15 Arten von Interneuronen mit welchen ihrer Nachbarn verbunden sind – „Konnektivität“ nennen sie die Verbindungseigenschaften von Nervenzellen. Die Wissenschaftler fanden Hinweise, dass die 15 Zelltypen sich drei Kategorien zuordnen lassen: Interneuronen, die nur mit ihresgleichen verbunden sind; solche, die nur einen anderen Zelltyp ansteuern (Pyramidalzellen); und solche, die mit allen Arten von Nachbarzellen Verbindungen eingehen.

Die Daten können zur Erstellung von Computermodellen dienen. Die Reduzierung der 15 Typen auf drei Kategorien ist also ein Fall eines vereinfachten, aber aussagekräftigen Modells. Philipp Berens: „Zum einen erlaubt uns die Arbeit überhaupt zu verstehen, wie die Morphologie und die Konnektivität eines Zelltyps seine Funktion bestimmt. Zum anderen kann man sich fragen, ob die Zelltypvielfalt für komplexe Berechnungen notwendig ist, oder ob es auch einfacher geht, beziehungsweise wofür diese Vielfalt gut ist.“ „Vergleichende Studien zu anderen Hirnarealen und Spezies wären sehr interessant“, meint Alexander Ecker. „In Texas haben sie damit begonnen.“ST

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27.11.2015, 18:00 Uhr

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