Das Wissen, wie Informationen im Gehirn übertragen werden, wird zur Behandlung neurodegenerativer Krankheiten beitragen

Als Wissenschaftler Anfang des 20. Jahrhunderts begannen, die Gehirnaktivität mit Hilfe von Elektroden aufzuzeichnen, bemerkten sie Signale, die sie "Gehirnwellen" nannten. Seitdem sind sie Gegenstand intensiver Forschung. Wir wissen, dass Wellen eine Manifestation synchronisierter neuronaler Aktivität sind und dass Veränderungen in der Wellenintensität eine abnehmende oder zunehmende Aktivität von Gruppen von Neuronen darstellen. Die Frage ist, ob und wie diese Wellen an der Übertragung von Informationen beteiligt sind.

Diese Frage wurde von Tal Dalal, einem Doktoranden des multidisziplinären Hirnforschungszentrums der Bar-Ilan-Universität, beantwortet. Aus einer in Cell Reports veröffentlichten Arbeit geht hervor, dass die Forscher den Grad der Synchronisierung der Gehirnwellen im Bereich der Informationsübertragung verändert haben. Anschließend untersuchten sie, wie sich dies auf die Übertragung der Informationen auswirkte und wie sie von dem Bereich des Gehirns, den sie erreichten, verstanden wurden.

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Die Forscher konzentrierten sich auf den Teil des Gehirns, der das Geruchssystem steuert. Sie zeichnet sich durch eine starke Aktivität der Hirnströme aus, für deren Synchronisation eine bestimmte Art von Neuronen in dieser Region verantwortlich ist. Die Wissenschaftler verwendeten optogenetische Methoden, die es ihnen ermöglichen, neuronale Aktivität mit Hilfe von Lichtimpulsen ein- und auszuschalten. So konnten sie beobachten, wie sich das Ein- und Ausschalten der Synchronisation in einer Region auf die Übertragung von Informationen an einen anderen Bereich des Gehirns auswirkte.

Die Manipulation erfolgte an der Stelle (nennen wir sie die Anfangsregion), an der die erste Verarbeitung von Informationen aus dem Geruchssystem stattfindet. Von dort aus gelangten die Informationen, synchronisiert oder unsynchronisiert, in den nächsten Bereich (Region II), wo die Verarbeitung auf höherer Ebene stattfindet.

Die Forscher fanden heraus, dass die Erhöhung der Synchronisation der Neuronen in der Ausgangsregion zu einer signifikanten Verbesserung der Informationsübertragungs- und -verarbeitungsrate in der Region II führte. Wurde der Grad der Synchronisierung hingegen verringert, gelangten unvollständige Informationen in die Region II.

Die Forscher machten auch eine unerwartete Entdeckung. Überraschenderweise stellten sie fest, dass die Aktivierung der für die Synchronisation verantwortlichen Neuronen zu einem Rückgang der Gesamtaktivität in der Ausgangsregion führte, so dass man erwarten würde, dass weniger Informationen die Region II erreichen. Die Tatsache, dass der Output besser synchronisiert war, kompensierte jedoch die geringere Aktivität und sorgte sogar für eine bessere Übertragung, so Dalal.

Die Autoren der Studie kamen daher zu dem Schluss, dass die Synchronisation für die Informationsübertragung und -verarbeitung äußerst wichtig ist. Dies wiederum könnte erklären, warum eine verminderte neuronale Synchronisation, die sich in einer geringeren Intensität der Hirnströme äußert, zu den kognitiven Defiziten führen kann, die beispielsweise bei der Alzheimer-Krankheit auftreten. Frühere Studien haben gezeigt, dass es einen Zusammenhang zwischen reduzierter Synchronität und neurodegenerativen Erkrankungen gibt, aber wir wussten nicht, warum das so ist. Jetzt haben wir gezeigt, dass die Synchronisation an der Übertragung und Verarbeitung von Informationen beteiligt ist, so dass dies der Grund für die bei den Patienten beobachteten Defizite sein könnte", sagt Dalal.

Die Forschung von Dalal und Professor Rafi Haddad könnte zu neuen Therapien für neurodegenerative Erkrankungen führen. Es ist nicht auszuschließen, dass es in Zukunft möglich sein wird, die korrekte Synchronisation der Gehirnströme bei Patienten wiederherzustellen.