Das alternde Gehirn profitiert von persistierender sensorischer Erfahrung

Wissenschaftler glauben seit Jahrzehnten, dass der größte Teil der Verdrahtung des Gehirns etabliert ist, wenn eine Person die Pubertät erreicht hat. Nun, eine neue Studie veröffentlicht in Neuron zeigt, dass Veränderungen im sensorischen Erleben auch im Erwachsenenalter eine massive Neuverkabelung des Gehirns bewirken können.
Forscher des Max-Planck-Florida-Instituts (MPFI) und der New Yorker Columbia University haben herausgefunden, dass die Neuverkabelung Fasern enthält, die der Hirnrinde, die an Kognition, Sinneswahrnehmung und motorischer Kontrolle beteiligt ist, einen primären Input liefern. Die Entdeckung könnte den Weg für zukünftige Forschungen zum Altern und zur Remodellierung des Gehirns ebnen.
Erstautor, MPFI-Neurowissenschaftler Marcel Oberländer, PhD, erklärte:

"Diese Studie stellt jahrzehntelange Überzeugungen in Frage, dass der größte Teil des Gehirns fest verdrahtet ist, bevor eine kritische Periode endet, wenn man ein junger Erwachsener ist. Indem wir die Art der sensorischen Erfahrung veränderten, konnten wir zeigen, dass das Gehirn sogar neu verdrahten kann in einem fortgeschrittenen Alter. Dies könnte darauf hindeuten, dass, wenn man aufhört, neue Dinge zu lernen und zu erfahren, wenn man älter wird, eine beträchtliche Menge von Verbindungen innerhalb des Gehirns verloren gehen kann. "

In ihrer Studie untersuchten die Forscher die Gehirne älterer Ratten und konzentrierten sich auf den Thalamus, einen Bereich innerhalb des Gehirns, der Informationen von Sinnesorganen zur Hirnrinde verarbeitet und weiterleitet. Wissenschaftler glaubten seit Jahren, dass die Verbindungen zwischen dem Thalamus und dem Cortex bereits im frühen Erwachsenenalter behoben sein würden. Die Forscher stellten jedoch fest, dass dies bei den von ihnen untersuchten Tieren nicht der Fall war.
Angesichts der Tatsache, dass Ratten nachtaktiv sind und darauf angewiesen sind, dass ihre Fühler als Sinnesorgane zu erforschen und zu navigieren sind, stellen sie ein ideales Modell dar, um zu untersuchen, ob das Gehirn durch Veränderungen der sensorischen Erfahrung umgestaltet werden kann. Um herauszufinden, ob eine weitgehende Neuverdrahtung zwischen Thalamus und Cortex stattfinden würde, schnitten die Forscher einfach die Whisker der Ratten ab und hinderten sie daran, wichtige und häufige sensorische Inputs zu erhalten.

Sie entdeckten, dass Ratten mit getrimmten Whiskern veränderte Axone hatten, d. H. Neuronen oder Nervenzellen, die wie ein Lichtleitkabel wirken, das ausgehende Impulse trägt, während bei denjenigen mit unbeschnittenen Whiskern die Axone unverändert blieben. Der Befund war signifikant, wenn man bedenkt, dass die Ratten älter waren, was bedeutet, dass das Umverdrahten immer noch in einem späteren Alter stattfindet. Darüber hinaus beobachteten die Forscher, dass die Umverdrahtung bereits nach wenigen Tagen erfolgte.
Dr. Oberländer sagte:

"Wir haben gezeigt, dass die Struktur des Nagetierhirns in ständigem Fluss ist und dass diese Neuverkabelung durch sensorische Erfahrung und Interaktion mit der Umwelt geformt wird. Diese Veränderungen scheinen lebenslang zu sein und können andere sensorische Systeme und Spezies betreffen. Unsere Ergebnisse eröffnen neue Möglichkeiten der Erforschung der Entwicklung des alternden Gehirns durch quantitative anatomische Studien in Kombination mit nichtinvasiven Bildgebungstechnologien, die für Menschen geeignet sind, wie die funktionelle MRT (fMRI). "

Dank neuer Fortschritte bei hochauflösenden Bildgebungs- und Rekonstruktionstechniken, die Dr. Oberlaender teilweise mitentwickelte, konnte das Team die feinen und komplexen Verzweigungsmuster einzelner Axone im gesamten Gehirn automatisch und zuverlässig verfolgen. Axons haben einen typischen Durchmesser von weniger als einem Tausendstel Millimeter.
Dr. Oberlaender und Nobelpreisträger Dr. Bert Sakmann sind Teil der Digital Neuroanatomy Group des Max Planck Florida Institute, die sich auf die funktionelle Anatomie von Schaltkreisen in der Großhirnrinde konzentriert, die die Basis für einfache Verhaltensweisen (z. B. Entscheidungsfindung) bilden. Die bedeutendste Entwicklung der Gruppe ist die Entwicklung einer dreidimensionalen Karte des Nagergehirns. Dies wird neue Einblicke in die funktionelle Architektur ganzer kortikaler Bereiche ermöglichen und ein besseres mechanisches Verständnis der sensorischen Wahrnehmung und des sensorischen Verhaltens ermöglichen.
Geschrieben von Petra Rattue