Umschalten im Gehirn: Einzelnes Dopamin-Neuron bewirkt Verhaltensänderung

Wenn Sie Appetit auf Süßes haben und Ihr suchender Blick auf eine Tafel Ihrer Lieblingsschokolade fällt, werden Sie nicht weitersuchen, sondern beginnen, sie genüsslich zu verzehren. Wie funktioniert so ein Umschalten von Sehnen und Suchen zu Genuss und Gebrauch? Ein Forschungsteam hat nun herausgefunden, dass ein einzelnes Neuron diesen Prozess bewirken kann. 

Dopamin ist ein belohnender Botenstoff, der sowohl beim Menschen als auch bei Tieren eine wichtige Rolle spielt. Das ist sogar bei den extrem einfach gebauten Larven der Fruchtfliege Drosophila melanogaster der Fall. Nur wenn die Dopamin-Neurone intakt sind, können sie lernen einen Duft mit einer Futterbelohnung zu verbinden. Und tatsächlich kann die Aktivierung schon eines einzelnen Dopamin-Neurons im Gehirn der Larve als Belohnung wirken.

Präsentiert man einen Duft und das von den WissenschaftlerInnen des Leibniz-Institutes für Neurobiologie in Magdeburg so benannte DAN-i1-Neuron feuert zur gleichen Zeit, folgen die Larven später der Duftspur. Neu ist, dass dieses „Glücksneuron“ auch eine zweite Funktion hat: Es kann das gelernte Suchverhalten auch abschalten. Aber wie kann dieselbe Nervenzelle zwei so unterschiedliche Funktionen ausüben?

Eine Zelle, zwei Funktionen

Bei ihrer Untersuchung kombinierten die Forschenden das Prinzip des Pawlowschen Lernens mit Verfahren der Optogenetik und mit der Kartierung jeder einzelnen Synapse des DAN-i1-Dopamin-Neurons. Das Forschungsteam stellte fest, dass eine solche optogenetische Aktivierung des DAN-i1-Dopamin-Neurons nicht nur als Belohnung wirkt, sondern auch das erlernte Verfolgen der Duftspur abschalten kann. Die angeborenen Verhaltensweisen der Fliegenlarven bleiben jedoch unverändert. Bei der Kartierung der Synapsen des DAN-i1-Neurons zeigte sich dann, dass das DAN-i1-Neuron zwei Zielgebiete hat. Das erste Ziel sind die Zellen im „Gedächtniszentrum“, in denen das Lernen stattfindet. Das zweite Ziel sind die Zellen, die das Gedächtniszentrum mit der Ausführung des gelernten Verhaltens verbinden. Angesichts der in der Evolution tief verwurzelten Rolle der Dopamin-Neurone bei Mensch und Tier stellt sich den Forschern zufolge die Frage, ob ein solches Verschaltungsmotiv und eine solche Doppelfunktion von Dopamin-Neuronen ein allgemeines Prinzip widerspiegelt.

Originalpublikation:
Schleyer M et al. Identification of dopaminergic neurons that can both establish associative memory and acutely terminate its behavioral expression. Journal of Neuroscience, 25. Juni 2020