Neurophysiologe entschlüsselt Lernprozess im Gehirn

Was passiert in unserem Gehirn, wenn wir lernen? Diese Frage beschäftigt Prof. Stefan Hallermann von der Universität Leipzig. Er untersucht die komplexen Mechanismen im Gehirn, die der Kommunikation zwischen den Zellen zu Grunde liegen, und erhält hierfür einen ERC Consolidator Grant in Höhe von knapp zwei Millionen Euro.

Die Nervenenden der Zellen interessieren den Neurophysiologen dabei besonders. Diese verändern sich beim Lernen, und warum das so ist, möchte Hallermann nun tiefer ergründen. Er sieht darin eine entscheidende Wissenslücke für unser Verständnis von Lernen und Gedächtnis.

„Wie die molekularen Mechanismen von Lernen und Gedächtnis wirklich funktionieren, haben wir in der Wissenschaft bisher noch nicht genügend verstanden. Wir wissen, dass die Nervenzellen über Synapsen miteinander kommunizieren. “Wenn wir etwas lernen, also Informationen aufnehmen, die wir zu einem späteren Zeitpunkt wieder abrufen können, dann ändert sich die Menge des freigesetzten Botenstoffes an den Kontaktstellen“, erklärt Hallermann. In der Wissenschaft spricht man von der präsynaptischen Plastizität, und diese ist bislang unzureichend erforscht.

Das Rätsel der präsynaptischen Plastizität, der zeitweisen Verformung der Nervenenden, möchte der Wissenschaftler nun mit zwei unterschiedlichen Methoden lösen. Er wird zum einen die Funktion und zum anderen die Struktur der Nervenenden untersuchen.

Mit elektrophysiologischen Messungen soll die Funktion der Nervenenden analysiert werden. Das Forschungsteam um Hallermann entwickelte dafür eine neue Verfahrenstechnik, die mittels feinster Glaskapillaren die Ausschüttung der Botenstoffe direkt an den Nervenenden untersuchen kann. „Wir positionieren winzige Glaskapillaren direkt auf den Nervenenden, die kleiner als ein Tausendstel Millimeter groß sind. Dadurch können wir direkt an der Sendestation der Zelle messen wie viel Botenstoff freigesetzt wird“, erläutert er die naturwissenschaftliche Methode, die am Tiermodell angewendet werden soll.

Die zweite Methode ist ein hochauflösendes mikroskopisches Verfahren, welches die Verformung der Nervenenden zeitlich abbildet. Das dafür notwendige Mikroskop kann jetzt mithilfe der EU-Förderung angeschafft werden. Ein Forschungsteam von zehn wissenschaftlichen Mitarbeitern begleitet Hallermann beim Versuch, die verborgenen Geheimnisse von Lernen und Gedächtnis aufzudecken.

„Wenn wir die Prozesse der molekularen und biophysikalischen Lern-Mechanismen in ihrer Komplexität verstehen lernen, können wir auch ihre Funktionsstörungen besser nachvollziehen. Die Ergebnisse könnten den Weg für neue Ansätze zur Behandlung neurologischer Erkrankungen wie Demenz und Alzheimer ebnen“, erklärt Hallermann das langfristige Ziel seiner Forschung.

Dabei unterstützt ihn der Europäische Forschungsrat mit dem ERC Consolidator Grant, damit er seine Forschungen weiter ausbauen kann. „Ich freue mich sehr über diese Auszeichnung“, so der 44-jährige Neurophysiologe. „Ohne die gute Teamarbeit innerhalb meiner Arbeitsgruppe und insgesamt am Standort Leipzig wäre das nicht möglich gewesen.“