Insektenhirn reloaded
Forscher programmieren Fliegenhirn um
Mit einem Trick haben britische Wissenschaftler Taufliegen zu einer schlechten Erfahrung verholfen, die diese niemals gemacht haben: Durch einen Laserblitz auf ganz bestimmte Hirnzellen lernten die Fliegen, einen Geruch plötzlich als unangenehm zu empfinden. Das Prinzip dahinter: Als Reaktion auf den Lichtschock geben die für das Geruchsgedächtnis verantwortlichen Nerven den Botenstoff Dopamin ab. Er ist bei Säugetieren auch als Glückshormon bekannt, wird jedoch vom Fliegenhirn als Signal für Abneigung interpretiert. Diese direkte künstliche Programmierung eines Gedächtnisinhalts wirft erstmals Licht auf den Mechanismus, wie Gehirnzellen Bewertungen erarbeiten und das Handeln lenken.
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Um den Lernprozess bei Taufliegen zu erkunden, trainierten die Forscher ihren Versuchstieren zunächst mit kleinen elektrischen Schocks an, einen bestimmten Geruch zu meiden. Im zweiten Schritt wurden die Gehirnareale identifiziert, die für diese Wissensaneignung maßgeblich waren. „Anschließend haben wir aus Tausenden von Nervenzellen eine Gruppe von nur zwölf entdeckt, die für eine Gedächtnisbildung bei Gerüchen sorgt“, erklärt Mitautor Gero Miesenböck. Die Forscher aktivierten darauf hin die Schaltung mit einem Laserblitz und erzeugten so bei der Fliege eine instinktive Abneigung gegen den Geruch.
Angetrieben wurde die Forschung durch die Frage, wie im Gehirn aus einfachen Komponenten höheres Wissen entsteht. „Intelligenz, wie sie beispielsweise gebraucht wird, um sich an eine veränderte Umwelt anzupassen, lässt sich also auf die physikalische Interaktion von Zellen und Molekülen reduzieren“, so Miesenböck. Mit dem direkten Programmieren des Gedächtnisses durch optische Schocks bekommt die Hirnforschung zudem ein neues Werkzeug an die Hand: Statt Hirnaktivitäten zu messen und sie dann Empfindungen, Aktivitäten oder Erkenntnis zuzuordnen, lassen sich nun Zustände durch die Manipulation der entsprechenden Hirnschaltungen direkt erzeugen.
Die Forscher gehen davon aus, dass auch komplexere Gehirne nach dem Muster des Fliegenhirns für den Instinkt wichtige Erinnerungen aufbauen. „Die generelle Regel lautet, dass die Biologie konservativ ist“, so Miesenböck. „Selten erfindet die Evolution den gleichen Prozess mehrfach.“
Adam Claridge-Chang (University of Oxford) et al.: Cell (Bd. 139, S. 405)
ddp/wissenschaft.de - Rochus Rademacher
