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Wahrnehmung: Meister im Synchronfeuern

Thalamusneurone verschaffen sich Gehör, indem sie ihre Signale gleichzeitig senden.
Neuronen
Ob beim Sehen, Hören oder Fühlen – bevor sie ins Großhirn gelangen, laufen sämtliche Sinnesreize durch den Thalamus. Die zentrale Schaltstelle im Zwischenhirn verteilt die Signale anschließend an die zuständigen Hirnteile. Allerdings gibt es im Thalamus vergleichsweise wenige Neurone. Und doch schaffen sie es, sich im Konzert von Milliarden anderen Großhirnzellen Gehör zu verschaffen. Eine Erklärung für diese erstaunliche Leistung fanden nun Forscher um Hsi-Ping Wang von der University of California in San Diego. Demnach zeichnet die thalamischen Zellen ein besonders gutes Timing aus: Mit hoch synchronen Impulsen übertönen sie das Durcheinander der übrigen Nervensignale.

Die Biologen entwarfen anhand der Daten früherer Messungen an den Nervenzellen von Katzen ein Computermodell, um damit die Feuerraten von Neuronen in der primären Sehrinde zu untersuchen. Jede von ihnen unterhält tausende Verbindungen zu Nachbarzellen in der Großhirnrinde, aber nur wenige Hundert Koppelungen mit Neuronen im Zwischenhirn. Die von dort eintreffenden Sinnesreize können sich jedoch gegen das "Umgebungsrauschen" durchsetzen – indem stets mehrere Thalamuszellen exakt zeitgleich feuern. Bereits eine präzise Salve von fünf Neuronen genügt offenbar, um das Ausgangssignal einer Sehrindenzelle merklich zu beeinflussen.

Die Impulse, die von der Netzhaut im Zwischenhirn ankommen, seien dagegen nicht so stark synchronisiert, erklärten Wang und sein Team. Offenbar diene die Verschaltung im Thalamus als eine Art Filter für unwichtige Reize: Nur ausreichend starke Impulse vom Sehnerv können eine gemeinsame Signalsalve im Thalamus auslösen, die wiederum in der Sehrinde Beachtung findet. (rs)


Wang, H.-P. et al.: Synchrony of Thalamocortical Inputs Maximizes Cortical Reliability. In: Science 328, S. 106-109, 2010.

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