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Lernen: Neuronale Ampelmännchen

Nervenzellen der Basalganglien bestimmen den Anfang und das Ende einer Handlung.
Wie können wir bestimmen, wann genau wir eine Bewegungsabfolge beginnen und wann wir sie abbrechen? Die Neurowissenschaftler Rui Costa und Xin Jin vom National Institute of Alcohol Abuse and Alkoholism in Bethesda (US-Bundesstaat Maryland) entdeckten bestimmte Nervenzellen in den für Bewegung zuständigen Basalganglien, die wie eine Ampel Start und Stopp einer Bewegungsabfolge signalisieren.

Bei den Experimenten lernten Mäuse, dass sie einen Hebel für eine Belohnung genau acht Mal drücken mussten. Dabei maßen die Wissenschaftler die neuronale Aktivität in zwei Bereichen des Großhirns: dem Streifenkörper (Striatum) und der Substantia nigra in den Basalganglien. Ergebnis: Beide Bereiche reagierten speziell auf den ersten und den letzten Hebeldruck. Nach einigen Tagen intensiven Trainings erhöhte sich die Aktivität der Nervenzellen – den Forschern zufolge lernten die Nager, wie oft sie den Hebel drücken sollten.

Die Nervenzellen des Streifenkörpers besitzen so genannte NMDA-Rezeptoren, die auf den Neurotransmitter Glutamat ansprechen. Wenn bestimmte Verschaltungen häufig verwendet werden, bewirkt der Rezeptor, dass durch die so genannte Langzeitpotenzierung die Synapsen stärker reagieren – der Organismus "lernt". Bei Nagern, die ein mutiertes Gen für diesen Rezeptor besaßen, zeigten die Neurone auf den ersten oder den letzten Hebeldruck eine schwächere Aktivität als bei den Kontrollmäusen. Außerdem konnten die Mutanten auch nach Tagen den Schalter nicht richtig bedienen.

Die Forscher schließen somit auf einen neuronalen Schaltkreis zwischen Bereichen der Basalganglien und der Hirnrinde, welcher die Dauer, den Beginn und das Ende von Handlungsabläufen bestimmt. Parkinson- und Huntington-Patienten fällt es schwer, mit einer Bewegung zu beginnen oder in gewollter Zeit aufzuhören und neue Handlungsabfolgen zu erlernen. Costa und Jin vermuten daher, dass bei den Betroffenen die neuronale Ampel im Gehirn nicht richtig funktioniert. (mb)

Xin, J., Costa, R.M.: Start/stop signals emerge in nigrostriatal crcuits during sequence learning. In: Nature 466, S. 457-462, 2010.

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