Dass auch der Hans noch etwas lernen kann und nicht nur das Hänschen, wissen wir schon länger. Lernen bedeutet häufig eine Neuverdrahtung von Nervenzellen, eine Neuausrichtung ihrer Synapsen. Wie schnell sich das Gehirn wandeln kann, haben nun Forscher um Mark Hübener vom Max-Planck-Institut für Neurobiologie herausgefunden [1].

Visueller Kortex
© Max-Planck-Institut für Neurobiologie / Keck
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Die Forscher erzwangen einen solchen Wandel zunächst durch absichtlich verursachte Netzwerkschäden in Mäusen. Nach einer kleinen punktförmigen Läsion der Netzhaut, bauten die betroffenen Neuronen, die nun keine Nachrichten mehr von den Netzhautzellen bekamen, neue Verbindungen auf. Sie bildeten dreimal so viele Dendrite – Fortsätze der Nervenzellen zum Empfang von Informationen – aus wie die nicht-betroffenen Nachbarzellen und konnten so einen Kontakt zu nahe gelegenen Zellen herstellen. Nach zwei Monaten verarbeiteten sie wieder wie gewohnt visuelle Signale, diesmal aber aus anderen Teilen der Netzhaut. Erhalten Nervenzellen also keine Signale mehr, bleiben sie nicht arbeitslos, sondern bemühen sie sich darum, andere Informationen zu beschaffen

Die Neubildung von Synapsen galt lange Zeit als alleinige Grundlage von erfolgreichem Lernen. Überraschenderweise erst in den 1990er Jahren ist der Nachweis gelungen, dass auch in erwachsenen Gehirnen frische Neuronen entstehen können. Durch neue und abwechslungsreiche Reize kann diese so genannte adulte Neurogenese gefördert werden. Unklar blieb bisher, ob die Neubildung von Neuronen entscheidend ist für die Erhaltung geistiger Fähigkeiten wie Lernen und Gedächtnis.

Forscher um Ryoichiro Kageyama von der Kyoto University wollten hier Klarheit schaffen [2]. Sie untersuchten die Neurogenese im Bulbus olfactorius – die eingängigere Bezeichnung Riechkolben lässt schon seine Rolle bei der Verarbeitung von Geruchsinformationen erahnen – und im Gyrus dentatus, einem Teil des Hippocampus. Der Hippocampus spielt eine wichtige Rolle bei der Bildung von Gedächtnisinhalten und räumlicher Orientierung. In einem Experiment züchteten die Wissenschaftler genetisch veränderte Mäuse, deren frisch gebildete Nervenzellen ein leuchtendes Protein enthielten, und konnten so die Zahl der in einem Jahr neu entstandenen Neuronen in beiden Hirnregionen bestimmen. Hierbei zeigten sich gravierende Unterschiede. Zumindest in einem Abschnitt des Riechkolbens ersetzten die brandneuen Zellen fast vollständig die alten. Im Hippocampus hingegen gesellten sich nur ungefähr 15 Prozent Frischlinge hinzu. Sie verdrängten die alteingesessenen Zellen übrigens nicht.

Weiter fragten sich die Wissenschaftler, was passieren würde, wenn die Neurogenese unterbunden wird? Würden die Versuchstiere ohne frische Nervenzellen Probleme haben, sich räumlich zu erinnern oder bekannte Gerüche zu identifizieren? Kageyma und seine Kollegen züchteten hierfür Mäuse, bei denen ein Protein neu entstandene Neurone abtötete. Trotz geringerer Anzahl von Neuronen im Riechkolben konnten die Testmäuse ebenso gut zwei ähnliche Gerüche unterscheiden wie die Tiere der Kontrollgruppe. Diese Fähigkeit zeigten sie auch nach einigen Monaten noch. Eine Neubildung von Neuronen ist offensichtlich nicht notwendig für das Erkennen und Erinnern von Gerüchen.

Allerdings beeinträchtigte die verringerte Menge an Neuronen die räumliche Orientierungsfähigkeit. Anders als die Mäuse aus der Kontrollgruppe konnten die Testmäuse eine Woche nach einem Training eine bestimmte Stelle in einem Labyrinth nicht wieder finden. Die adulte Neurogenese erscheint demnach unerlässlich für räumliches Lernen und Erinnern im Hippocampus, so die Forscher.

Die Fähigkeit des Gehirns sich zu wandeln und zu lernen, beruht also nicht nur auf der Neuverdrahtung von Synapsen, sondern auch auf der Bildung von frischen Nervenzellen. Von dieser beeindruckenden Flexibilität des walnussförmigen Organs kann sich sein jeweiliger Besitzer noch eine Scheibe abschneiden.