• Skip to main content
  • Skip to secondary menu
  • Skip to primary sidebar

Lebensmittel- & Biotechnologie

Das Fachportal für Lebensmittelindustrie und Biotechnologie

  • Abonnement
  • Impressum
  • Welkin Media Verlag
Startseite » Der Türsteher im Gehirn

Der Türsteher im Gehirn

12. August 2020 von Helmut Mitteregger

Wie kann man sich in einem komplexen Umfeld wie der Stadt Wien orientieren? Diesen Orientierungssinn verdanken wir dem „Global Positioning System“ (GPS) unseres Gehirns, dem Hippocampus. Um seine Funktionen besser zu verstehen, analysierten Wissenschaftler im Institute of Science and Technology Austria (IST Austria) einzelne Neurone dieses GPS in Mäusen. Dabei entdeckten sie, dass so genannte Körnerzellen räumliche Informationen filtern und schärfen. Ihre Ergebnisse haben die Forscher vor kurzem in Neuron veröffentlicht.

Der Hippocampus ist eine Region im Gehirn, die viele Nervenzellen enthält, die uns bei der Navigation im Raum helfen. Dies führt zu dem Spitznamen dieses Bereichs: das GPS des Gehirns. Während die höheren Bereiche der Hirnrinde Informationspakete an den Hippocampus senden, um Ortungssignale zu erzeugen, enthalten allerdings nicht alle Pakete relevante Informationen. Deshalb muss der Hippocampus über einen Mechanismus verfügen, um eingehende Signale zu selektieren. Ein solcher Türsteher könnte die Körnerzelle sein, ein Typ von Neuron, der am Eingang des Hippocampusschaltkreises liegt.

Identifizieren der richtigen Zellen

Als IST Austria Professor Peter Jonas, Xiaomin Zhang und Alois Schlögl begannen, neuronale Signale in Körnerzellen zu untersuchen, war das Hauptproblem jedoch die Identifizierung der Zellen. In der Vergangenheit konnten die Experten nicht garantieren, dass sie die Zellen korrekt identifizieren. „Da diese Region dicht mit verschiedenen Arten von Neuronen besetzt ist, ist es technisch schwierig, die Körnerzellen, also die Zellen, an denen wir interessiert waren, zu identifizieren“, sagt Xiaomin Zhang, die Erstautorin der Arbeit. So war es sehr schwierig, die Aktivität von Körnerzellen von der anderer Arten von Neuronen, die sich in derselben Region befinden, zu unterscheiden. Darüber hinaus zeigen Körnerzellen trotz ihrer großen Anzahl typischerweise eine sehr spärliche Aktivität, wodurch andere Zelltypen mit höheren Aktivitätsniveaus das Bild dominieren könnten.

Türsteher des Hippocampus

Um die ein- und ausgehenden Signale der Körnerzellen aufzuzeichnen, entwickelten die Wissenschaftler eine neuartige Aufnahmetechnik und einen Algorithmus für maschinelles Lernen, um diese Signale zu entschlüsseln. Um die Nervenzellen eindeutig zu identifizieren, wurden die Zellen während der Aufzeichnung mit einem Tracer gefüllt. Insgesamt zeichneten sie fast hundert Körnerzellen auf und erzeugten so einen großen Datensatz, der die Aktivität dieses wichtigen Zelltyps beschreibt. Sie stellten fest, dass eine Mehrheit der Neuronen räumliche Informationen erhält. Doch nur eine Minderheit von Neuronen gibt diese räumlichen Informationen an den Rest des Hippocampus weiter. Somit scheinen die Körnerzellen tatsächlich als Türsteher zu fungieren.

Verarbeitung räumlicher Informationen

Körnerzellen selektieren jedoch nicht nur Informationen, sondern scheinen auch an der Informationsverarbeitung beteiligt zu sein. Das Team stellte fest, dass der Input der Körnerzellen breit gefächert ist, der Output jedoch sehr viel selektiver. Vorgelagerte kortikale Neurone sind oft Gitterzellen, die an mehreren Stellen der Umgebung Aktivität erzeugen. Im Gegensatz dazu, sind Neurone in den nachgeschalteten Bereichen des Hippocampus typischerweise Platzzellen, die nur an einer einzigen Stelle in der Umgebung feuern. Die neue Studie deutet darauf hin, dass Körnerzellen an dieser Umwandlung beteiligt sind. „Vereinfacht ausgedrückt, können wir uns die Körnerzelle als eine Einheit vorstellen, die eine neuronale Sprache in eine andere übersetzt“, erklärt Jonas.

Einsparung von Rechenleistung für die Zukunft

Die Mehrheit der Körnerzellen empfängt räumliche Informationen, aber nur 5% erzeugen räumlichen Output. Xiaomin Zhang erklärt: „Vor allem Neurone mit einer weiter entwickelten Dendriten-Struktur waren aktiv, während Neurone mit einer weniger ausgereiften Struktur still blieben.“ Welche funktionelle Bedeutung könnte ein solch einzigartiges Design haben, bei dem ein riesiger Teil der Zellen nicht direkt für die Informationsverarbeitung genutzt wird? Die Wissenschaftler schlugen vor, dass der Hippocampus die meisten Körnerzellen für zukünftige Umwandlungs- und Speicherprozesse reserviert.
Die neue Arbeit unterstreicht die Leistungsfähigkeit von Einzelzell-Aufnahmetechniken. „Unsere Studie liefert Informationen über das Innenleben des GPS des Gehirns und die zugrundeliegenden Einzel-Neuron-Berechnungen“, fasst Professor Peter Jonas zusammen.

Originalpublikation:
Xiaomin Zhang, Alois Schlögl, Peter Jonas. 2020. Selective routing of spatial information flow from input to output in hippocampal granule cells. Neuron. DOI: 10.1016/j.neuron.2020.07.006

Türsteher des Gehirns: Körnerzellen filtern und schärfen räumliche Informationen. | Abbildung: Rieger / IST Austria

Filed Under: Forschung, News Tagged With: Einzelzell-Aufnahmetechniken, Hippocampus, Hippocampusschaltkreis, IST Austria, Körnerzelle

Weitere Nachrichten

Durchbruch in der hochauflösenden Fluoreszenzmikroskopie

Am Max-Planck-Institut für medizinische Forschung in Heidelberg wurde ein superauflösendes Mikroskop mit einer räumlich-zeitlichen Genauigkeit von einem Nanometer pro Millisekunde entwickelt. Durch eine Weiterentwicklung der MINFLUX-Mikroskopie hin … [Weiterlesen...] about Durchbruch in der hochauflösenden Fluoreszenzmikroskopie

BASF investiert in das Geschäft mit Riech- und Geschmacksstoffen

Die BASF investiert in das Geschäft im Bereich Riech- und Geschmacksstoffe durch neue Anlagen für Citral, Menthol und Linalool. Die World-Scale-Anlage für Citral in Zhanjiang, China, sowie die Anlagen zur Weiterverarbeitung von Menthol und Linalool … [Weiterlesen...] about BASF investiert in das Geschäft mit Riech- und Geschmacksstoffen

Minebea Intec auf der InterPack 2023

Minebea Intec zeigt auf der InterPack 2023 von 04. bis 10. Mai in Düsseldorf seine Produkte und Innovationen für mehr Produktsicherheit und Effizienz. Mit dabei sind Anlagen für die visuelle Produktinspektion, wie dem VisioPointer, bis hin zu einer … [Weiterlesen...] about Minebea Intec auf der InterPack 2023

AIT Austrian Institute of Technology mit neuer Geschäftsführung

Die neue Geschäftsführung des AIT Austrian Institute of Technology, der größten Research and Technology Organisation in Österreich, steht fest. Die künftige Dreier-Geschäftsführung aus Brigitte Bach, Andreas Kugi und Alexander Svejkovsky zeichnet … [Weiterlesen...] about AIT Austrian Institute of Technology mit neuer Geschäftsführung

Primary Sidebar

Aktuelle Ausgabe

Welkin Media News

Aktuelle Nachrichten aus unseren anderen Online-Portalen Österreichische Chemie Zeitschrift und Österreichische Kunststoffzeitschrift.

  • Neue Materialien für eine emissionsfreie Zukunft
    on 22. März 2023 by Birgit Fischer (Die Chemie Zeitschrift Österreichs)

    Der excellent=austria „Materials for Energy Conversion and Storage“ Cluster erforscht neue Technologien für effiziente Energieumwandlung. Dafür sollen dafür Nanokatalysatoren entwickelt werden, auf denen chemische Reaktionen rasch und […]

  • Cubicure erhält ISO 9001 Zertifizierung
    on 21. März 2023 by Birgit Fischer (Österreichische Kunststoffzeitschrift)

    Das Wiener 3D-Druck-Unternehmen Cubicure hat die ISO 9001 Zertifizierung von Qualitätsmanagementsystemen erhalten. Dank der Umsetzung dieser Norm konnte Cubicure die Wertschöpfungskette optimieren und dadurch die Produktentwicklung […]

  • B&R beim Smart Green Island Makeathon
    on 20. März 2023 by Birgit Fischer (Die Chemie Zeitschrift Österreichs)

    B&R unterstützte drei Teams beim Smart Green Island Makeathon darin, in kurzer Zeit innovative Konzepte und Prototypen zu erarbeiten. B&R engagiert sich seit langem für die Aus- und Weiterbildung junger Menschen - denn die Industrie […]

  • In schnellem Schritt zu hochwertigen Kunststoffrezyklaten
    on 17. März 2023 by Birgit Fischer (Österreichische Kunststoffzeitschrift)

    Die Produktion von Kunststoffrezyklaten deckt bei weitem nicht die Nachfrage und stellt die Branche vor große Herausforderungen. Die neuesten technologischen Fortschritte bei der Flakesortierung tragen dazu bei, die Lücke zwischen Angebot und […]

  • Baubeginn für BASF Acryl­säure­komplex in Zhanjiang
    on 17. März 2023 by Birgit Fischer (Die Chemie Zeitschrift Österreichs)

    Die BASF hat am Verbundstandort Zhanjiang, China, mit dem Bau eines neuen Produktionskomplexes für Acrylsäure, Butylacrylat und 2-EHA begonnen. Der Komplex soll bis 2025 in Betrieb genommen werden und wird eine jährliche Produktionskapazität von […]

  • Klimaneutralität
    on 15. März 2023 by Lexikon (Die Chemie Zeitschrift Österreichs)

    Unter Klimaneutralität versteht man das Gleichgewicht zwischen CO2 Emissionen und CO2 Aufnahmen aus der Atmosphäre in sogenannten Senken. Als Kohlenstoffsenke wird ein System bezeichnet, das mehr Kohlenstoff aufnimmt als es abgibt. Die wichtigsten […]

  • Nullemission
    on 15. März 2023 by Lexikon (Die Chemie Zeitschrift Österreichs)

    Der Begriff Nullemission bedeutet, dass keine klimaschädlichen Emissionen bei der Produktion und anderen Prozessen entstehen. Der Begriff ist nicht rechtlich geschützt und kann sich auf unterschiedliche Schadstoffe sowie Teile des Produktions- […]

  • Atomuhr
    on 15. März 2023 by Lexikon (Die Chemie Zeitschrift Österreichs)

    Die Atomuhr (Atomfrequenznormal) nutzt Energieübergänge zwischen zwei Zuständen eines Atoms wie Cäsium, Rubidium oder Wasserstoff. Die Zeitanzeige einer Referenzuhr wird fortwährend mit dem Taktgeber verglichen und angepasst. Atomuhren sind […]

  • Engel erweitert Ausbildungsmöglichkeiten
    on 15. März 2023 by Birgit Fischer (Österreichische Kunststoffzeitschrift)

    ENGEL erweitert mit der Ausbildung kaufmännischer Lehrlinge ab Herbst 2023 das bereits neuen technische Lehrberufe umfassende Ausbildungsangebot. Außerdem wird abseits der Herbsttermine Ende März ein zusätzlicher „Tag der offenen […]

  • Topologische Eigenschaften zweiatomiger Moleküle entdeckt
    on 15. März 2023 by Birgit Fischer (Die Chemie Zeitschrift Österreichs)

    Forscher des Institute of Science and Technology Austria (ISTA) haben die topologischen Eigenschaften zweiatomiger Moleküle entdeckt. Ihre Erkenntnisse versprechen mögliche zukünftige Anwendungen in der Chemie. Der Beitrag Topologische […]

Copyright © 2023 · Welkin Media Verlag