Verarbeitung von Sehinformationen: Neurone passen Struktur und Funktion ihrer Aufgabe an

Ein internationales Forschungsteam hat gezeigt, dass sich Neurone im Gehirn bei der Verarbeitung von Sehinformationen auf verschiedene Aufgaben spezialisieren. Im Fokus der Forschung stand das Arbeitsgedächtnis, das Informationen speichert und miteinander verknüpft.

Menschen und andere Primaten verfügen über eine hochentwickelte und hierarchisch organisierte Sehverarbeitung im Gehirn. Die bewusste Verarbeitung von Sehinformationen beginnt im primären visuellen Kortex. Hier werden Merkmale wie Kanten, Linien, Bewegung und Farbe erkannt und letztlich an höhere Areale wie den lateralen präfrontalen Kortex weitergeleitet. Diese Hirnregion spielt eine wichtige Rolle für das Arbeitsgedächtnis, das auch für die Verarbeitung komplexer Sehinformationen wichtig ist, wie beispielsweise das Zurechtfinden im städtischen Straßenverkehr. Inwiefern die Nervenzellen in diesen beiden Hirnregionen an der Erfüllung der verschiedenen Aufgaben beteiligt sind, ist bisher nicht vollständig geklärt.

Ein internationales Team von Forschenden unter gemeinsamer Federführung der Universitätsmedizin Göttingen (UMG), der Universität Göttingen und der University of Western Ontario in London, Kanada, hat Neurone aus dem primären visuellen Kortex und dem lateralen präfrontalen Kortex in Weißbüschelaffen untersucht und dabei die dreidimensionale Struktur und die elektrische Funktion der Zellen vermessen. Drei der untersuchten Nervenzellklassen zeigten Unterschiede in Struktur und Funktion, je nachdem, ob sie aus primären oder höheren Hirnregionen stammten, die Sehinformation verarbeiten. Die Studie ist im Teilprojekt „In vitro physiology, morphology and circuitry of working memory“ des internationalen NeuroNex-Forschungsvorhabens entstanden, das von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) gefördert wurde. Die Ergebnisse sind in der Fachzeitschrift „Nature Communications“ erschienen.

Neurone unterscheiden sich je nach Hirnregion

„Die Ergebnisse liefern uns erstmalig umfassende Einblicke in die Unterschiede von Neuronen in verschiedenen Hirnregionen und deren funktionale Bedeutung“, erklärt Prof. Jochen Staiger, Direktor des Instituts für Neuroanatomie der Universitätsmedizin Göttingen (UMG) und Letztautor der Studie. „Wir sehen, dass sich die Neurone je nach zu erfüllender Aufgabe und Lage im Gehirn strukturell und funktionell anzupassen scheinen, und zwar in Primaten in viel größerem Ausmaß als in Nagetieren. Dies ist eine wichtige Erkenntnis, die als Ansatzpunkt für ein verbessertes Verständnis des Arbeitsgedächtnisses dient, welches eine Rolle bei der Entstehung neurologischer und neuropsychiatrischer Erkrankungen wie der Schizophrenie zu spielen scheint.“ Dr. Andreas Neef, Leiter des Labors für Neurophysik am Göttingen Campus Institut für Dynamik biologischer Netzwerke (CIDBN) und ebenfalls Letztautor der Studie, ergänzt: „Unsere elektrischen und strukturellen Untersuchungen bilden eine Brücke zwischen anderen Forschungszweigen des NeuroNex-Vorhabens, die sich auf Molekularbiologie und computergestützte Neurowissenschaft konzentrieren. Gemeinsam gewinnen wir ein umfassendes Bild des Arbeitsgedächtnisses, einer Spezialisierung, die sich nur in sehr wenigen Tiergruppen so ausgeprägt findet wie in Menschen und anderen Primaten.“

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