Die klebrigen Geheimnisse des Gehirns: Wie Neuronen ihren Partner finden 🧠

Die Funktionsweise des Gehirns beruht auf der präzisen Organisation neuronaler Verbindungen.

In einem Artikel, der in Developmental Cell veröffentlicht wurde, zeigen Wissenschaftler, wie Neuronen ihre Verbindungen in spezifischen Schichten mithilfe von Adhäsionsmolekülen herstellen. Diese Arbeit, die sich auf das visuelle System der Drosophila konzentriert, könnte wertvolle Hinweise liefern, um die grundlegenden Mechanismen der Schaltkreisentwicklung, auch beim Menschen, zu verstehen.


Die Funktionsweise des Gehirns hängt von der sorgfältigen Anordnung von Milliarden von Nervenzellen in verschiedenen physikalischen Bereichen ab, wobei jedes Neuron spezifische Verbindungen mit bestimmten Partnern herstellt. Zum Beispiel ist unser Großhirnrinde in Schichten organisiert, von denen jede die Neuronen mit unterschiedlichen Partnern verbindet und so die Effizienz der Informationsverarbeitung optimiert.

Aber wie entstehen diese neuronalen Schichten, und warum sind sie entscheidend für die Herstellung der richtigen Verbindungen?

Die Untersuchung des Sehens bei der Drosophila

In einer Studie, die in Developmental Cell veröffentlicht wurde, haben Wissenschaftler diese Frage mithilfe der Fruchtfliege Drosophila (Drosophila melanogaster) untersucht. Sie erforschten eine Region im Gehirn der Fliege, die der Erkennung von visuellen Bewegungen entlang der Achsen oben-unten und links-rechts gewidmet ist. Dieses System basiert auf vier Arten von Neuronen, von denen jedes auf eine bestimmte Bewegungsrichtung empfindlich reagiert. Diese Neuronen projizieren ihre Fortsätze in eine von vier verschiedenen Schichten, wo sie Verbindungen mit spezifischen Partnern herstellen, um ihre Funktion zu erfüllen.

Die Moleküle Beat und Side: neuronale Adhäsionsetiketten

Die Ergebnisse zeigen, dass zwei Moleküle, Beat und Side genannt, entscheidend für die Schichtorganisation und die neuronale Konnektivität sind. Sie wirken wie Adhäsionsetiketten auf der Oberfläche der Neuronen und ihrer Partner. Abhängig von ihrer Expression ermöglichen sie es den Neuronen, sich mit den richtigen Partnern in der entsprechenden Schicht zu „verkleben“.

Allerdings sind diese Adhäsionsmoleküle nicht für die Bildung der Verbindungen notwendig. Vielmehr erleichtern sie die zelluläre Nähe, indem sie die Neuronen in Schichten organisieren und sicherstellen, dass die richtigen Zellen nahe genug sind, um Verbindungen herzustellen.

Eine präzise Positionierung, entscheidend für eine optimale Funktion

Diese Studie unterstreicht, dass die präzise Verdrahtung des Gehirns eine korrekte Positionierung der Neuronen vor der Herstellung der Verbindungen erfordert. Eine fehlerhafte anfängliche Organisation kann zu unangemessenen Verbindungen führen und die allgemeine Funktionsweise des Gehirns stören.

Somit erweist sich diese vorbereitende Phase als entscheidend, ähnlich wie jedes Puzzleteil korrekt platziert werden muss, um ein kohärentes Bild zu formen.

Implikationen über die Drosophila hinaus

Indem sie untersucht, wie Neuronen ihren Platz und ihre Partner finden, enthüllt diese Forschung grundlegende Regeln der Gehirnorganisation. Diese Mechanismen könnten auch ähnliche Prozesse bei Säugetieren, einschließlich des Menschen, beleuchten und den Weg für ein besseres Verständnis der frühen Stadien der neuronalen Entwicklung ebnen.

Referenzen

Carrier Y, Quintana Rio L, Formicola N, et al. Biased cell adhesion organizes the Drosophila visual motion integration circuit.
Dev Cell. Veröffentlicht online am 13. November 2024.
doi:10.1016/j.devcel.2024.10.019