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Von süß bis salzig - Beweise für einzigartige Geschmackskarten im Gehirn

Neue Untersuchungen an Mäusen legen nahe, dass das Säugetiergehirn eine "gustotopische Karte" hat, die eine einzigartige Gruppe von Neuronen umfasst, die den Geschmack von süß bis salzig kodieren. Die Ergebnisse zeigen, dass diese Gruppe von Nervenzellen unterschiedlich und diskret reagiert, wenn die Zunge bestimmte Geschmacksrichtungen trifft. Frühere Studien hatten vorgeschlagen, dass das Gehirn eine allgemeinere Reaktion mit Überlappungen hatte, aber diese Studie legt nahe, dass die Karten einzigartig sind und sich in spezifischen Bereichen für jeden Geschmack befinden.
Die Studie ist eine Arbeit von Wissenschaftlern des Howard Hughes Medical Institute und der National Institutes of Health (NIH) in den USA und wird in der Ausgabe vom 2. September veröffentlicht Wissenschaft.
Frühere Studien haben bereits gezeigt, dass das Gehirn spezialisierte, fein abgestimmte Zellen zur Erkennung von einzigartigen Geschmäckern hat. Aber diese neue Studie zeigt, dass das Gehirn von Säugetieren auch vier unserer grundlegenden Geschmäcker wahrnimmt: süß, bitter, salzig und "umami" oder pikant, als einzigartige Karten in verschiedenen Bereichen des Gehirns.
Studienautor Charles S. Zuker, ein Ermittler des Howard Hughes Medical Institute, der am Columbia University College für Ärzte und Chirurgen in New York ansässig ist, sagte der Presse:
"Diese Arbeit enthüllt weiterhin die Codierung im Geschmackssystem über markierte Linien und legt die grundlegende Logik für die Gehirndarstellung des letzten der klassischen fünf Sinne offen."
Studienkollege und Koautor Nicholas J. P. Ryba vom Nationalen Institut für Zahn- und Mund- und Kieferforschung in Bethesda, Maryland, sagte, dass wir schon immer fasziniert gewesen seien, wie wir die Sinneswelt wahrnehmen:
"Was ist ein Geschmack, wirklich? Es ist das Abfeuern einer Menge von Neuronen im Gehirn, und das wollen wir verstehen", sagte Ryba, der mit Zuker und anderen bereits herausgefunden hatte, dass Gehirnzellen einzigartige Geschmacksrezeptoren und Geschmacksrezeptoren tragen Zellen für jeden Geschmack mit einem Codierungsschema, das auf einem System "Ein Geschmack, eine Zellklasse" basiert.
Sie zeigten dann, dass die Aktivierung dieser Rezeptoren dazu führte, dass sich Mäuse auf einzigartige Weise verhalten. Zum Beispiel wurden sie durch die Aktivierung der Rezeptoren für Süßes und Herzhaftes ermutigt, während diejenigen, die auf Bitterkeit und Saure reagierten, entmutigt wurden.
Und vor dieser Studie hatten andere Forscher, die auch mit Mäusen arbeiteten, versucht, elektrische Aktivität von kleinen Gruppen von Neuronen als Reaktion auf unterschiedliche Geschmäcker zu messen, und fanden heraus, dass die Bereiche, die aktiviert wurden, miteinander verschmelzen. Dies führte sie zu der Schlussfolgerung, dass Neuronen den Geschmack in einem weiten Sinne zu verarbeiten scheinen.
Während es also eine klare Verbindung zwischen Geschmack und "festverdrahtetem" Verhalten gab, warum sollten dieselben Neuronen unterschiedliche Geschmäcker verarbeiten?
Leitende Autorin Xiaoke Chen, Postdoktorandin in Zukers Labor, testete eine Vorahnung mit einer neuen Methode namens Zweiphotonen-Kalzium-Bildgebung. Dies ermöglichte es dem Team herauszufinden, welche Neuronen von verschiedenen Geschmäckern aktiviert wurden.
Wenn ein Tier einem Geschmack ausgesetzt wird, fließt eine Kalziumwelle durch das aktivierte Neuron. Das Team nutzte diese Funktion, um die beteiligten Neuronen buchstäblich zum Leuchten zu bringen, wenn ein einzigartiger Geschmack angetroffen wurde. Durch die Injektion von Fluoreszenzfarbstoff in die Gehirne der Mäuse konnten sie sehen, dass jeder einzigartige Geschmack eine Karte erhellte, die Hunderte von Neuronen in einer einzigartigen Konstellation enthielt, die unter Hochleistungsmikroskopen sichtbar war.
Dies war eine bessere Methode, um eine große Anzahl von Neuronen gleichzeitig zu sehen. Bisherige Methoden erlaubten es Forschern nur, einige Zellen gleichzeitig zu verfolgen.
Sie sahen zum Beispiel, als die Maus auf einen bitteren Geschmack stieß, eine Karte in einem kleinen, spezifischen Teil des Gehirns auf. Als es auf einen salzigen Geschmack stieß, beleuchtete dies ein benachbartes Gebiet. Jeder Geschmack hatte somit seinen eigenen "Hotspot" im Gehirn, und keiner der Bereiche überlappte sich - tatsächlich war zwischen ihnen Platz.
Ryba sagte, die Idee der Karten sei bereits in den anderen Sinnen gefunden worden. Aber diese Karten entsprechen externen Karten. Zum Beispiel sind Klangkarten von auditorischen Neuronen in der Reihenfolge der Häufigkeit angeordnet, und die Anordnung von visuellen Neuronen ahmt das Sichtfeld nach, das wir durch unsere Augen sehen.
"Geschmack bietet jedoch keine vorhergehende Anordnung vor dem Erreichen des Gehirns; außerdem sind die Rezeptoren für jeden Geschmack zufällig in der Zunge gefunden - daher ist die räumliche Organisation von Geschmacksneuronen in eine topographische Gehirnkarte umso überraschender", sagte Ryba.
Das Team möchte nun erforschen, wie sich der Geschmack mit anderen Sinnen, wie Geruch und Berührung, und inneren Zuständen wie Hunger und Erwartung verbindet, um Geschmäcker, Geschmackserinnerungen und Verhaltensreaktionen auf Geschmäcker zu erzeugen.
Geschrieben von Catharine Paddock

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