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29. November 2020

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Die nötige Nervosität der Nerven

Die nötige Nervosität der Nerven©Pexels.com/Meo

Nervenzellen sind keine Alleskönner. Geringste Unterschiede zwischen einzelnen Nervenzellen ändern ihr Signalverhalten und ihr Aufgabengebiet, so aktuelle Forschungen von TU-Wien und Harvard Medical School.

(red/mich) Würden zwei Nervenzellen derselben Sorte gegeneinander ausgetauscht, so könnten möglicherweise beide ihre Aufgaben nicht mehr erfüllen. Neue Untersuchungen an der Netzhaut von Mäusen zeigen, dass bisherige Annahmen über Nervenzellen neu überdacht werden müssen. Kleinste Details in den anatomischen Eigenschaften können zu signifikanten Änderungen im Antwortverhalten führen.

Eine Zelle, die an einer ganz bestimmten Stelle im Nerven-Netzwerk ihre Arbeit gut erledigt und Signale sinnvoll verarbeitet, könnte an einer anderen Stelle des Netzwerks völlig nutzlos sein, weil ihre anatomischen Eigenschaften dort kein sinnvolles Signalverhalten ermöglichen würde. Die TU-Wien und die Harvard Medical School am Massachusetts General Hospital (US) untersuchten das in einer Reihe und publizierten die Ergebnisse nun im renommierten Fachjournal „Science Advances“.

Das Antwortverhalten von Nervenzellen
„Die Lichtempfindlichkeit einiger Zelltypen einer Mäuse-Netzhaut ist im oberen Bereich des Gesichtsfeldes anders als im unteren“, sagt Paul Werginz von der TU Wien. „Im unteren Bereich findet sich Beute, oben ist der hellere Himmel und dort müssen Angreifer erkannt werden.“ So hat die Evolution dazu geführt, dass die Nerven-Netzwerke in unterschiedlichen Bereichen der Mäuse-Netzhaut unterschiedlich sensibel reagieren, obwohl es sich um Zellen desselben Typs handelt.

Werginz untersucht das Antwortverhalten von Nervenzellen bereits seit vielen Jahren, beginnend an der TU-Wien, dann mittels eines Schrödinger-Fellowship des FWF an der Harvard Medical School und nun wieder an der Wiener TU, wo beide Teams die Ergebnisse präsentierten. „Beim Simulieren von Nerven-Netzwerken am Computer ging man bisher davon aus, dass Nerven desselben Nervenzell-Typs im Grunde identische Eigenschaften haben“, erläutert Paul Werginz.

Kleine Unterschiede mit großer Bedeutung
Lernen wir etwa, dann ändert sich die Stärke der Verbindung zwischen den Zellen. Die Art, wie die Aktivität einer Zelle die Aktivität der nächsten Zelle beeinflusst, wird modifiziert und das ist auch vergleichbar mit den künstlichen neuronalen Netzwerken in der Softwareentwicklung. Bis dato war die Annahme, dass alle Zellen dieselben Möglichkeiten haben, Signale benachbarter Zellen in neue Signale umzuwandeln. Nun zeigt sich, dass bestimmte anatomische Parameter das Verhalten der Nervenzelle ganz entscheidend mitbestimmen und anatomische Details der Zelle entsprechend auf ihre Aufgabe abgestimmt sein müssen.

„Sogar Nervenzellen desselben Zelltyps können sich durch ihre unterschiedlichen anatomischen Details unterschiedlich verhalten – und zwar genau so, wie es ihrer Aufgabe in ihrer lokalen Umgebung entspricht“, erklärt Werginz. Würde man zwei Zellen austauschen, wären möglicherweise beide nutzlos. Wie sich diese feinen Unterschiede entwickeln und ob sie genetisch vorgegeben sind, ist bisher noch nicht vollständig geklärt. Fest stehe, dass es sich nicht um gewöhnliche Neuroplastizität handelt, wie sie dem normalen Lernen zugrunde liegt, so die Forscher der TU-Wien.

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red/mich, Economy Ausgabe Webartikel, 26.10.2020