Kann das Gehirn funktionieren, wenn seine Architektur verändert ist? Ein Team der Universität Genf (UNIGE) zeigt, dass Neuronen, die sich am falschen Ort befinden, dennoch eine normale Funktion erfüllen können und damit unsere Vorstellungen über die Gehirnorganisation in Frage stellen. Diese Arbeit, veröffentlicht in
Nature Neuroscience, enthüllt eine unerwartete Fähigkeit des Gehirns, sich anzupassen.
Neuronen sind spezialisierte Zellen, deren Aufgabe es ist, Informationen in Form von elektrischen und chemischen Signalen zu übertragen und zu verarbeiten. Sie bilden die Grundeinheit der Gehirn- und Nervenfunktion. Bisher ging man davon aus, dass jedes Neuron am richtigen Ort sein muss, damit das Gehirn richtig funktioniert. In einer aktuellen Studie zeigen Wissenschaftler der UNIGE, dass fehlplatzierte Neuronen nicht nur überleben, sondern auch vollständig die Funktion des normalen Großhirnrinden (Kortex) ersetzen können.
Illustrationsbild Pixabay Um zu diesem Schluss zu gelangen, untersuchten die Wissenschaftler Mäuse mit "Heterotopien". Diese Fehlbildungen zeichnen sich durch "verirrte" Neuronen aus, die dann eine Masse am falschen Ort, unterhalb des Kortex, bilden können. Dieses Phänomen ist auch beim Menschen zu beobachten und verursacht in schweren Fällen epileptische Anfälle und intellektuelle Defizite. Bei der Beobachtung dieser Nager machte das UNIGE-Team eine überraschende Entdeckung: Diese Neuronen bilden Schaltkreise, die quasi identisch mit denen des normalen Kortex sind, mit ähnlichen Verbindungen zum Rest des Gehirns und zum Rückenmark.
Das ist so, als würde man ein ganzes Stadtviertel an einen anderen Ort verlegen und die Bewohnerinnen und Bewohner würden die gleichen Beziehungen beibehalten.
Neuronen, die einspringen können
Noch bemerkenswerter ist, dass die Mäuse normal weiterfunktionierten, als die Forschenden den normalen Kortex dieser Mäuse während einer schwierigen sensorischen Aufgabe – dem Unterscheiden der Berührung zweier unterschiedlicher Schnurrhaare – deaktivierten. Die fehlplatzierten Neuronen hatten die Aufgabe übernommen. Umgekehrt führte die Hemmung dieser abnormal platzierten Neuronen zu einem völligen Scheitern der Aufgabe, was zeigt, dass sie für die sensorische Verarbeitung unerlässlich geworden waren.
"Das ist so, als würde man ein ganzes Stadtviertel an einen anderen Ort verlegen und die Bewohnerinnen und Bewohner würden die gleichen Beziehungen, die gleichen Verbindungen zum Rest der Stadt beibehalten", erklärt Sergi Roig-Puiggros, Postdoktorand in der Abteilung für Grundlegende Neurowissenschaften der medizinischen Fakultät der UNIGE und Erstautor der Studie.
Implikationen für die Medizin und die Evolution
Die Studie beleuchtet die evolutionären Mechanismen, durch die neue Gehirnstrukturen entstehen können. Sie eröffnet auch Perspektiven für die regenerative Medizin: "Wenn Neuronen in einem architektonisch abnormalen Kontext normal funktionieren können, müssten neuronale Transplantationen oder Gehirn-Organoide möglicherweise nicht die natürliche Gehirnstruktur perfekt nachbilden, um funktionsfähig zu sein", bemerkt Denis Jabaudon, ordentlicher Professor und Leiter der Abteilung für Grundlegende Neurowissenschaften der medizinischen Fakultät der UNIGE, der die Studie leitete.
Für das Forschungsteam besteht der nächste Schritt darin, zu bewerten, ob diese erhaltene Funktion fehlplatzierter Neuronen nur bei Heterotopien beobachtet wird oder ob sie auch bei anderen Störungen der Neuroentwicklung auftritt.
Quelle: Universität Genf