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Mittwoch, 28.09.2016
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Gehirnzellen bilden ein "soziales Netzwerk"

Einander ähnliche Nervenzellen kommunizieren besonders stark miteinander

Soziales Netzwerk im Gehirn: Nervenzellen kommunizieren ähnlich wie Freunde in Netzwerken wie Facebook, wie Wissenschaftler herausgefunden haben. Die Neuronen sind besonders stark mit solchen Zellen verbunden, die ihnen am meisten ähneln – genauso wie wir den größten Wert auf die Meinung unserer engsten Freunde legen. Dies sei eine wichtige Regel für den noch weitgehend unbekannten Schaltplan des Gehirns, schreiben die Forscher im Magazin "Nature".
Ein neuronales Netzwerk funktioniert wie ein soziales Netzwerk: Die stärksten Bindungen sind zwischen gleichgesinnten Partnern.

Ein neuronales Netzwerk funktioniert wie ein soziales Netzwerk: Die stärksten Bindungen sind zwischen gleichgesinnten Partnern.

In unserem Gehirn sind Milliarden von Nervenzellen in einem komplexen Geflecht miteinander verbunden, jedes einzelne dieser Neuronen kann über mehrere tausend Synapsen mit anderen Zellen kommunizieren. Weltweit erforschen Wissenschaftler schon seit längerem den Schaltplan, der diesem hochkomplexen Organ zugrunde liegt. Bekannt ist mittlerweile, dass nicht alle der synaptischen Verbindungen gleich sind: Die meisten sind eher schwach, nur sehr wenige sind stark ausgeprägt.

Verschaltete Nerven auf engstem Raum


"Wir wollten herausfinden, ob es Regeln dafür gibt, wie sich Nervenzellen zu komplexen Netzwerken mit Millionen anderer Nervenzellen verbinden", sagt Thomas Mrsic-Flogel von der Universität Basel. Dabei konzentrierten sich die Forscher auf ein bestimmtes Gebiet in der Hirnrinde, das Informationen aus dem Auge empfängt und verarbeitet. Neuronen in diesem Teil des Gehirns reagieren auf spezielle visuelle Muster.

Es ist jedoch schwierig zu entschlüsseln, welche Zellen miteinander verbunden sind, weil sie so dicht gedrängt beieinander liegen: Ein Kubikmillimeter enthält bis zu 100.000 Neuronen. Eine Kombination aus hochauflösenden Bildgebungsverfahren und empfindlichen elektrischen Messungen zeigte den Forschern nun tatsächlich eine Regel des neuronalen Schaltplans: Die Verbindungen zwischen benachbarten Neuronen sind wie ein soziales Netzwerk organisiert.


Starke Verbindung zu engen Freunden


"Gleichgesinnte Neuronen sind stark miteinander gekoppelt, während Neuronen, die sich unterschiedlich verhalten, nur schwache oder gar keine Verbindungen haben", erklärt Mrsic-Flogel. Ganz ähnlich stehen wir in sozialen Netzwerken wie Facebook mit einer großen Anzahl von Bekannten in Kontakt. Der Kreis enger Freunde jedoch ist um ein Vielfaches kleiner. Dies sind in der Regel gerade die Freunde, mit denen wir die meisten Gemeinsamkeiten haben und deren Meinung uns wichtiger ist als die aller anderen.

So verhalten sich auch die Neuronen: "Die schwachen Kontakte im Gehirn haben kaum Bedeutung, obwohl sie in der Mehrheit sind", erklärt Mrsic-Flogel. "Die wenigen starken Verbindungen zwischen Neuronen mit ähnlicher Funktion hingegen haben den stärksten Einfluss auf die Aktivität ihrer Partner. Dieses Zusammenspiel könnte ihnen helfen, bestimmte Informationen der Außenwelt zu verstärken."

Schwache Verbindungen für Lernprozesse


Wenn aber die schwachen Verbindungen zwischen Nervenzellen nahezu bedeutungslos sind, warum exisitieren sie dann überhaupt? "Wir nehmen an, dass dies mit Lernprozessen zu tun haben könnte", antwortet Erstautor Lee Cossell, und erklärt: "Wenn Neuronen ihr Verhalten ändern müssen, stehen schwache Verbindungen bereits zur Verfügung, um zu starken Verbindungen ausgebaut werden zu können." Auf diesem Weg könne sich das Gehirn schneller an veränderte äußere Einflüsse anpassen.

"Die Ergebnisse zeigen, wie Neuronen im Netzwerk miteinander interagieren, um Informationen zu verarbeiten", fasst Mrsic-Flogel zusammen. "Dieses Wissen ebnet den Weg, um genaue Computersimulationen des Gehirns zu erstellen." Darüber hinaus sei der Schaltplan der Nervenzellen auch für das Verständnis neurologischer Krankheiten bedeutend: „Wenn wir wissen, wie das Muster der Verbindungen im gesunden Gehirn aussehen sollte, dann können wir auch anfangen herauszufinden, was beispielsweise bei Schizophrenie oder Autismus falsch läuft." (Nature, 2015; doi: 10.1038/nature14182)
(Universität Basel, 05.02.2015 - AKR)
 
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