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Erde|Umwelt Gesundheit|Medizin

Aktivität einzelner Hirnzellen deutet auf ein Geflecht emotionaler Steuerung

Die Aktivität einzelner Neurone kann sehr differenziert mit der Erwartungshaltung eines Tieres übereinstimmen. Das hat ein japanisch-amerikanisches Forscherteam mit Hilfe von Einzelzellableitungen im Belohnungssystem des Gehirns gezeigt. Über ihre Studienergebnisse berichtet das Team in der aktuellen Ausgabe des Magazins „Science“ (30. Mai, Artikel Nr. 37).

Der Hirnforscher Munetaka Shidara vom japanischen Nationalen Institut für industrielle Forschung hat zusammen mit Barry Richmond vom amerikanischen Nationalen Institut für mentale Gesundheit bei Affen die Aktivität von insgesamt 106 zufällig ausgewählten Zellen im vorderen Cingulum aufgezeichnet.

Das vordere Cingulum, das sich wie ein Band um die Verbindung zwischen den beiden Großhirnhälften legt, wurde bereits 1937 von James Papez als Teil eines Belohnungssystems beschrieben („A Proposed Mechanism of Emotion“ in „Archives of Neurology and Psychiatry“ Bd. 38. S. 725). Papez stellte fest, dass das vordere Cingulum eng mit dem Hypothalamus zusammenarbeitet, der wiederum Einfluss auf das Hormonsystem hat. Später stellten Hirnforscher fest, dass bei Tieren eine elektrische Reizung des vorderen Cingulum starke emotionale Reaktionen hervorrief.

Während der Versuche von Shidara und Richmond mussten die Affen am Monitor eine Reihe von Aufgaben erfüllen. Zum Beispiel wurden den Tieren verschieden gefärbte Formen gezeigt. Bei manchen Formen sollten die Tiere einen Knopf drücken, den sie bei anderen Formen wieder lösen sollten. Waren alle Aufgaben erfüllt, bekamen die durstigen Tiere über einen Schlauch etwas Saft zu trinken.

Bei einem Teil der Versuche zeigte ein Balken auf dem Monitor den bisherigen Erfolg der Tiere an: Je näher die Affen an das Ziel gelangten, um so heller leuchtete der Balken.

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Bei den Zellableitungen fanden die Forscher 33 Neurone, die mit dem Fortgang der Aufgaben korrelierten. Einige der Neurone wurden aktiver, je näher die Tiere ihrem Ziel kamen. Parallel zum Fortgang der Aufgaben arbeiteten die Tiere außerdem immer effektiver und machten immer seltener Fehler, betonen die Forscher. Konnten sich die Tiere schließlich sicher sein, ihre Aufgaben erfüllt zu haben, erlosch die Aktivität der Nervenzellen – noch bevor die Versuchstiere tatsächlich den ersehnten Saft erhielten.

Neben den allmählich aktiver werdenden Neuronen fanden die Forscher auch Hirnzellen, deren Aktivität zunehmend gedrosselt wurde. Eine Reihe weiterer Zellen sendete während der Aufgaben ein in etwa gleichbleibendes Signal, das jedoch kurz vor dem Erreichen des Zieles erlosch.

Gaben die Forscher den Tieren dagegen keine Hinweise über den Fortgang der Aufgaben, gab auch das Cingulum keine entsprechenden Signale ab. Außerdem arbeiteten die Tiere während eines gesamten Durchganges des Versuchs in etwa gleich gut, ohne in der Leistung deutlich besser zu werden.

Shidara und Richmond schließen aus den Beobachtungen, dass Nervenzellen im Cingulum Tiere antreiben können, für eine Belohnung aktiv zu werden. Sie vergleichen diese Neurone mit Cheerleadern, die Sportler zu besseren Leistungen antreiben.

Die Forscher gegen davon aus, dass Nervenzellen im Cingulum auch beim Menschen entsprechende Funktionen haben. Die Impulse der Zellen könnten dafür verantwortlich sein, dass gleiche Aufgaben von verschiedenen Menschen mit einer unterschiedlich ausgeprägten Motivation ausgeführt werden. Auch eine Störung des Systems könne weitreichende Folgen haben, so die Wissenschaftler: So führe vielleicht eine Überaktivität bei Abhängigen zu einem unbändigen Verlangen nach Drogen.

Andreas Wawrzinek
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