Nervenzellen verzichten auf Nachbarschaftshilfe

Nervenzellen aus der Hirnrinde (gelb) verbinden sich in besonderer Weise mit Zellen einer anderen Hirnregion, dem Striatum (violett). Freiburger Neurowissenschaftler fanden nun eine Erklärung, worin ihre Vorteile liegen. (Bild: BCF/Uni Freiburg)

Die Großhirnrinde wird gemeinhin als Sitz unseres Denkvermögens gesehen, doch auch andere Hirnbereiche sind hieran beteiligt. Wann immer wir eine Entscheidung treffen oder eine Handlung aus mehreren Alternativen wählen, spielt die Kommunikation zwischen der Hirnrinde und dem sogenannten Striatum eine entscheidende Rolle. Die besondere Verkabelung zwischen diesen Regionen ist schon länger bekannt, doch Untersuchungen von Man Yi Yim und Kollegen vom Bernstein Center der Universität Freiburg liefern erstmals eine Erklärung, welchem Zweck sie eigentlich dient. Die Studie ist in der neuesten Ausgabe von PLoS Computational Biology erschienen.

Das Striatum ist eine wichtige Station bei der Verarbeitung von Gedanken und Bewegungen, weshalb Verbindungen von überall in der Hirnrinde zu dieser relativ kleinen Region im Zentrum des Gehirns bestehen. Doch trotz des großen Einzugsgebietes und der Vielzahl an Nerveneingängen erhalten benachbarte Zellen im Striatum kaum Informationen von denselben Nerven der Hirnrinde. Wieso das Gehirn einen so großen Aufwand treibt, um eine Überlappung zu vermeiden, war bislang ungeklärt.

Da es unmöglich ist, die Verbindungen zwischen Hirnrinde und Striatum neu zu knüpfen, entschied sich Man Yi Yim aus der Gruppe von Arvind Kumar und Ad Aertsen für eine andere Herangehensweise: Sie fütterte das vorhandene Wissen in einen Computer und erzeugte somit ein Modell dieser Hirnstrukturen, das sie untersuchen und gezielt verändern konnten.

Yims Simulationen enthüllten, dass ein Signal im Striatum nicht davon profitiert, wenn es gleichzeitig zu vielen benachbarten Zellen gesendet wird. Im Gegenteil – dies verringert seinen Einfluss sogar. Die Chancen stehen besser, in der Vielzahl übermittelter Informationen fortzubestehen, wenn ein Signal nur in einer oder wenigen der benachbarten Verbindungen auftritt. Dadurch wird die Einzigartigkeit des Signals zu einem Faktor, der neben seiner Stärke über sein weiteres Schicksal bestimmt. Die Wissenschaftler schließen daraus, dass die besondere Art der Signalverarbeitung im Striatum dazu dient, die Repräsentation bestimmter Alternativen im Gehirn zu stärken und die anderer zu schwächen. Darüber hinaus hilft die „gezielte“ Verteilung der Information aus der Hirnrinde auf viele Zellen im Striatum, Entscheidungen parallel zu berechnen und durch Konkurrenz zu bestimmen.

Yim M. Y., Aertsen A., Kumar A. (2011) Significance of Input Correlations in Striatal Function. PLoS Comput Biol 7(11): e1002254. doi:10.1371/journal.pcbi.1002254

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