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Neurobiologie: Nervenzellen kontrollieren eigene Erregbarkeit

Bonner Hirnforscher haben einen neuen Mechanismus aufgespürt, der die Erregbarkeit von Nervenzellen im Gehirn steuert. Damit können die Neurone bereits auf kleine Signale ansprechen und verhindern gleichzeitig, dass sie zu häufig hintereinander feuern.

Stefan Remy und Heinz Beck von der Universität Bonn sowie Jozsef Csicsvari von der University of Oxford interessierten sich für die Erregbarkeit an den so genannten Dendriten – astartig verzweigten Ausläufern, mit denen eine Nervenzelle Informationen von benachbarten Neuronen empfängt. Aus diesen Eingangssignalen generiert die Zelle ein einziges Ausgangssignal, das Aktionspotenzial, das über das kabelartige Axon weitergeleitet wird.

Bekannt waren bereits zwei Wege, wie diese Aktionspotenziale entstehen. Einerseits können sich die Eingangssignale linear aufsummieren. Sobald hierbei eine gewisse Schwelle überschritten ist, feuert die Zelle. Andererseits können die Dendriten auch nicht linear reagieren: Sie generieren aus wenigen kleinen Eingangssignalen einen großen Gesamtpuls. Dieser so genannte dendritische Spike reicht in der Regel aus, um ein Aktionspotenzial zu erzeugen. Dies geschieht jedoch nur, wenn die Eingangssignale nahezu gleichzeitig an nahe beieinander liegenden Kontaktstellen einlaufen.

An Hippocampuszellen der Ratte entdeckten nun Remy und seine Kollegen eine dritte Voraussetzung für diesen nicht linearen Weg: Wie die Forscher herausfanden, bleibt ein Dendritenast für ein bis zwei Sekunden unerregbar, sobald er ein Aktionspotenzial ausgelöst hat. Die Dendriten können demnach nur dann einen Spike erzeugen, wenn die Zelle zuvor eine Weile nicht gefeuert hat.

Mit dieser Methode scheint das Gehirn eine Überregung zu verhindern, vermuten die Wissenschaftler. Funktioniert sie nicht, könnten Krankheiten wie Epilepsie die Folge sein, bei denen es zu unkontrollierten Erregungen von Nervenzellen kommt.

Auch bei der Alzheimer-Demenz spielt der Mechanismus eventuell eine Rolle. So sei bekannt, dass die Hirnzellen in der Nähe der alzheimertypischen Proteinablagerungen stark erregbar sind, erläutert Remy. Das daraus resultierende Dauerfeuer könnte das fein abgestimmte Zusammenspiel der Neurone aus dem Gleichgewicht bringen und damit zu den schweren Gedächtnisausfällen führen. (aj)
13. Woche 2009

Dieser Artikel ist enthalten in Spektrum - Die Woche, 13. Woche 2009

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  • Quellen
Remy, S. et al.: Activity-Dependent Control of Neuronal Output by Local and Global Dendritic Spike Attenuation. In: Neuron 61, S. 906–916, 2009.

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