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Dendriten: Fortsätze mit Rechenleistung

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Dendrit im Gehirn einer Maus in Kontakt mit einer Elektrode (Leuchtendes Objekt von oben). Credit: Credit: Courtesy of Spencer Smith
Wie Telefonleitungen verbinden die Fortsätze der Neuronen die Nervenzellen des Gehirns untereinander und sichern damit deren Kommunikation. Doch diese sogenannten Dendriten sind offenbar nicht nur passive Leitungen, wie Forscher nun zeigen konnten: Die verzweigten Strukturen verarbeiten aktiv Informationen und tragen damit zur Rechenleistung des Hirns bei, belegen ihre Experimente. Die Entdeckung bereichert nun sowohl das Wissen über die Funktionsweise unseres Denkapparats, könnte aber auch helfen, neurologische Erkrankungen besser zu verstehen, sagen die Forscher.

Das Gehirn ist und bleibt das geheimnisvollste aller Organe: Wie seine faszinierenden Funktionen entstehen, ist noch immer weitgehend unklar. Sicher ist, dass die komplexe Verschaltung der Neuronen die Gesamtleistung hervorbringt. Neben den Axonen bilden die Dendriten einen fundamentalen Bestandteil dieser Vernetzung. Es handelt sich um fein verästelte Nervenzellfortsätze, die vom Zellkörper ausgehen und an ihren Enden Kontaktstellen, Synapsen, ausbilden. Über sie wird das Neuron mit einer bestimmten anderen Zelle verknüpft und kann somit Signale aufnehmen. Der Dendritenbaum einer einzigen Nervenzelle kann mehrere Tausend synaptische Kontakte besitzen, über die verschiedene Signale zufließen.

 

Doch offenbar ist die Rolle der Dendriten mehr als nur simple Verdrahtung – zu diesem Ergebnis kamen nun die Forscher um Spencer Smith vom University College London durch Versuche mit Mäusen. Sie führten den Tieren mikroskopisch feine Elektroden in das Sehzentrum des Gehirns ein, um mit einzelnen Dendriten Kontakt aufnehmen zu können. „Die Kontaktaufnahme einer Elektrode mit einem Dendriten ist ungeheuer knifflig – das ist wie Angeln mit wenig Aussicht auf einen Fang“, sagt Smith. Doch die Mühe lohnte sich: Erwischten sie mit der Elektrode schließlich doch einen Dendriten, konnten die Forscher dessen elektrische Signale erfassen.

 

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Mehr als simple Verdrahtung

 

Um herauszufinden, ob in den Dendriten selbst eine Informationsverarbeitung stattfindet, präsentierten die Forscher den Versuchstieren unterschiedliche visuelle Reize auf einem Bildschirm und analysierten die Aktivität in den „geangelten“ Fortsätzen. Ergebnis: die Dendriten reagierten mit unterschiedlichen Signal-Mustern, je nachdem, was die Maus auf dem Bildschirm sah. Um dieses Ergebnis zu bestätigen, injizierten die Forscher den Nervenzellen einen speziellen Stoff, der farblich markiert, wo in der Zelle elektrische Aktivität stattfindet. So zeigte sich, dass die Dendriten aktiv waren, während andere Teile der Nervenzelle ruhten – die Aktivität war also das Ergebnis von Prozessen innerhalb der Dendriten.

 

„ Alle Daten legen nahe: Die Dendriten sind keine passiven Leitungen, sie bilden offenbar selbst Recheneinheiten“, sagt Smith. Es scheint, als ob die Rechenkapazität des Gehirn weit höher ist, als bisher angenommen, so der Neurobiologe. Die Forscher wollen nun herausfinden, welche Rolle die neu entdeckte Fähigkeit der Dendriten im Netzwerk des Gehirns spielt. Möglicherweise könnte eine Störung ihrer Aktivität auch die Ursache bestimmter geistiger Erkrankungen sein – dieser Frage wollen Smith und seine Kollegen nun ebenfalls nachgehen.

 

Originalarbeit der Forscher:

© wissenschaft.de – Martin Vieweg
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