Neurologie

Warum Nervenzellen an winzigen Unterschieden scheitern

Winzige anatomische Unterschiede zwischen einzelnen Nervenzellen der selben Sorte können ihr Signalverhalten dramatisch verändern. Das zeigen Untersuchungen von Forschern an der Netzhaut von Mäusen, die im Fachjournal „Science Advances“ veröffentlicht wurde. Deshalb könnte eine Zelle an einer anderen Stelle ihres Nerven-Netzwerks ihre Aufgabe nicht mehr erfüllen.

red/Agenturen

In der Netzhaut von Mäusen reagieren Nerven-Netzwerke in verschiedenen Bereichen unterschiedlich sensibel auf Reize, obwohl es sich um Zellen desselben Typs handelt. Paul Werginz vom Institut für Analysis und Scientific Computing der Technischen Universität (TU) Wien begründet das in einer Aussendung durch die evolutionäre Entwicklung: „Die Lichtempfindlichkeit einiger Zelltypen einer Mäuse-Netzhaut ist im oberen Bereich des Gesichtsfeldes anders als im unteren. Im unteren Bereich findet sich Beute, oben ist der Himmel, dort ist es heller, und dort müssen Angreifer erkannt werden.“

Zellen haben mitnichten diesselben Möglichkeiten

Werginz untersucht das Antwortverhalten von Nervenzellen auf theoretischer Ebene und entwickelte Computermodelle dazu. Im Rahmen eines zweijährigen Forschungsaufenthalts an der Harvard Medical School hat er die Nervenzellen in zahlreichen Experimenten unter dem Mikroskop einzeln analysiert.

Bisher ging man davon aus, dass sich beim Lernen zwar die Stärke der Verbindung zwischen den Zellen verändert, nicht aber ihre anatomischen und physiologischen Eigenschaften. Deshalb glaubte man, dass alle Zellen dieselben Möglichkeiten haben, Signale benachbarter Zellen in neue Signale umzuwandeln. Doch Werginz konnte „im Anfangsbereich des Axons der Nervenzelle, dort wo die Signale aus den benachbarten Zellen aufsummiert werden und entschieden wird, ob die Zelle feuert, wichtige anatomische Unterschiede zwischen den einzelnen Zellen“ ausmachen.

 

Diese anatomischen Unterschiede bestimmen das Verhalten der Nervenzelle ganz entscheidend mit. Das bedeutet, dass nicht jede Zelle zu jeder Signalverarbeitung fähig ist. Die anatomischen Details der Zelle müssen auf ihre Aufgabe abgestimmt sein. Und sie müssen genau zur Umgebung der Nervenzelle passen. So können sie im oberen Gesichtsfeld der Maus anders sein als im unteren. Würde man zwei Zellen austauschen, wären möglicherweise beide nutzlos, nur weil sie leicht unterschiedlich gebaut sind, betonen die Forscher.

Noch ist unklar, wie sich diese feinen Unterschiede entwickeln und ob sie genetisch vorgegeben sind. Um das Verhalten von Nervennetzwerken zu verstehen, müsse man jedenfalls berücksichtigen, dass diese feinen Unterschiede das Signalverhalten einer einzelnen Zelle völlig verändern kann. Werginz kann sich auch vorstellen, „dass das auch für die Untersuchung neuronaler Erkrankungen eine wichtige Rolle spielen kann“.