Eine ungewöhnliche Eigenschaft des menschlichen Gehirns. Wir haben eine erstaunlich geringe Dichte an Ionenkanälen

Wissenschaftler am MIT stellten mit Erstaunen fest, dass menschliche Neuronen im Vergleich zu anderen Säugetieren eine geringere Dichte an Ionenkanälen aufweisen, als man erwarten würde. Ionenkanäle erzeugen die elektrischen Impulse, über die Neuronen kommunizieren. Dies ist eine weitere erstaunliche Beobachtung über die Struktur des Gehirns.

Wissenschaftler stellen die Hypothese auf, dass sich das menschliche Gehirn aufgrund der geringeren Dichte der Ionenkanäle so entwickelt hat, dass es effizienter arbeitet und Energie für andere Prozesse sparen kann, die für komplexe kognitive Aufgaben erforderlich sind. Wenn das Gehirn Energie sparen kann, indem es die Dichte der Ionenkanäle reduziert, kann es die eingesparte Energie für andere Prozesse nutzen, sagte Professor Mark Harnett vom McGovern Institute for Brain Research am MIT.

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Er und Dr. Lou Beaulieu-Laroche verglichen Neuronen verschiedener Säugetierarten und suchten nach Mustern in ihnen, die der Expression von Ionenkanälen zugrunde liegen. Sie untersuchten zwei Arten von spannungsabhängigen Kaliumkanälen und den HCN-Kanal von Pyramidalneuronen in der Schicht V der Großhirnrinde. Die Wissenschaftler untersuchten 10 Säugetiere: Etruskerspitzmäuse, mongolische Schieber, Mäuse, Ratten, Kaninchen, Marmosetten, Makaken, Meerschweinchen, Frettchen und menschliches Gewebe, das von Patienten mit Epilepsie gesammelt wurde. Sie führten die umfangreichste elektrophysiologische Studie dieser Art durch.

Die Wissenschaftler entdeckten, dass mit zunehmender Größe der Neuronen auch die Dichte der Ionenkanäle zunimmt. Eine solche Beziehung besteht bei 9 der 10 untersuchten Arten. Arten mit größeren Neuronen und damit einem geringeren Verhältnis von Oberfläche zu Volumen haben eine höhere Ionenleitfähigkeit der Zellmembranen. Der Mensch ist eine Ausnahme von dieser Regel.

Dies war eine verblüffende Entdeckung, denn frühere vergleichende Studien hatten gezeigt, dass das menschliche Gehirn wie die Gehirne anderer Säugetiere aufgebaut ist. Wir waren daher überrascht, dass die menschlichen Neuronen anders sind", sagt Beaulieu-Laroche.

Die Wissenschaftler geben zu, dass die zunehmende Dichte der Ionenkanäle für sie schon überraschend war, aber als sie anfingen, darüber nachzudenken, stellte sich heraus, dass es logisch ist. Im Gehirn einer kleinen Etruskerspitzmaus, das aus sehr kleinen Neuronen besteht, ist die Dichte der Neuronen in einem bestimmten Volumen höher als im Gehirn eines Kaninchens, das viel größere Neuronen hat. Da Kaninchenneuronen jedoch eine höhere Dichte an Ionenkanälen aufweisen, ist die Dichte der Ionenkanäle pro gegebenem Hirnvolumen bei beiden Arten gleich. Diese Gehirnarchitektur ist bei den neun verschiedenen Säugetierarten gleich. Es scheint, dass die Großhirnrinde versucht, die gleiche Anzahl von Ionenkanälen pro Volumeneinheit beizubehalten. Das bedeutet, dass die Energiekosten für funktionierende Ionenkanäle pro Volumeneinheit der Großhirnrinde bei allen Tierarten gleich hoch sind. Die Ausnahme bildet hier das menschliche Gehirn.

Wissenschaftler glauben, dass sich die geringere Dichte der Ionenkanäle im Gehirn von H. sapiens entwickelt hat, um die Energiekosten für die Ionenübertragung zu senken, so dass das Gehirn diese Energie für andere Aufgaben nutzen kann, z. B. für die Herstellung komplexerer Verbindungen zwischen Neuronen.