Mechanismen der Hügel- und Furchenbildung aufgedeckt Mechanik formte Großhirnwindungen - scinexx | Das Wissensmagazin
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Mechanismen der Hügel- und Furchenbildung aufgedeckt

Mechanik formte Großhirnwindungen

Wie entstehen die charakteristischen Windungen und Falten der Großhirnrinde von Primaten? Dies ist eine der ältesten Fragen der Hirnforschung. Ein internationales Wissenschaftler–Team hat nun den Mechanismus der Großhirnfaltung enträtselt. Wie die Wissenschaftler in der Fachzeitschrift PLoS Computational Biology berichten, werden die auffälligen Hirnstrukuren durch mechanische Kräfte erzeugt.

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Diese Kräfte kommen durch Faserspannung zustande, welche von Nervenverbindungen zwischen unterschiedlichen Arealen der Hirnoberfläche ausgeübt wird. Gehirnregionen, die durch viele Nervenfasern miteinander verbunden sind, werden während der embryonalen und frühkindlichen Entwicklung des Gehirns zueinander gezogen und wölben sich zu Hügeln auf. Furchen entstehen dagegen in den weniger stark vernetzten Regionen zwischen den Hügeln, in welchen eine geringere Faserspannung herrscht.

In ihrer Studie hatten die beiden Wissenschaftler Professor Claus Hilgetag von der International University Bremen und die Professorin Helen Barbas von der Boston University, die Struktur der gefalteten Primaten-Großhirnrinde sowie die Dichte und den Verlauf von Verbindungen zwischen verschiedenen Hirnregionen untersucht.

Ihre neuen Einsichten basieren auf Hilgetags Analyse umfangreicher quantitativer neuroanatomischer Daten, die während der vergangenen zwei Jahrzehnte im Labor von Barbas erhoben wurden. Mit der Studie liegen erstmals systematische empirische Belege für die Hypothese vor, dass die charakteristische Faltung von Primatengehirnen vor allem durch mechanische Kräfte erzeugt wird.

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Störungen der Nervenentwicklung mit fatalen Folgen

Außerdem konnten die beiden Wissenschaftler demonstrieren, dass die Faltenbildung des Gehirns Einfluss auf die gesamte weitere Entwicklung der Gehirnarchitektur hat. So wird beispielsweise Nervenzellen bei ihrer Wanderung in verschiedene Hirnregionen während der vorgeburtlichen Entwicklung des Gehirns ein Reibungswiderstand entgegen gesetzt. Diese mechanischen Kräfte werden von der Art der lokalen Faltung beeinflusst, was wiederum Einfluss auf die Anzahl von Zellen und die Dicke der Großhirnrinde in den Hügeln und Furchen der Gehirn-Landschaft hat.

Die Ergebnisse der Studie legen nahe, dass pathologische Veränderungen in Lage und Gestalt von Gehirnwindungen, wie sie etwa bei Schizophrenie oder Autismus auftreten, durch Störungen während der Entwicklung der Nervenverbindungen zustande kommen.

"Der von uns belegte Zusammenhang zwischen dem Layout von Nervenfasern und den charakteristischen Windungen der Großhirnrinde eröffnet neue, auf einfachen physikalischen Prinzipien beruhende Ansätze zum Verständnis der normalen und gestörten Entwicklung des Gehirns", kommentierte der Hilgetag die Ergebnisse der Studie.

(idw – International University Bremen, 28.03.2006 – DLO)

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