Doppelleben der Nervenzellen in der Retina

Forschende  konnten in der Netzhaut des Auges einen neuen Nervenschaltkreis identifizieren: Ein Zellverband ist für die Wahrnehmung von herannahenden Objekten zuständig. Überraschenderweise ist das jedoch nicht die einzige Funktion, die er wahrnimmt: Nachts sind dieselben Neuronen für die Nachtsichtigkeit zuständig. Damit konnte zum ersten Mal eine Doppelfunktion von Nervenzellen nachgewiesen werden.

Bei Tieren und Menschen löst das Herannahen einer Bedrohung das gleiche Verhalten aus: Kurzes Erstarren und dann Wegrennen. Die Uniformität dieser Reaktion legt den Schluss nah, dass die Wahrnehmung und Verarbeitung von Herannahendem im Gehirn klar definiert und verankert ist. Forschenden um Botond Roska vom Friedrich Miescher Institute for Biomedical Research in Basel und von der École Normale Supérieure in Paris ist es jetzt gelungen, in der Netzhaut des Auges einen Nervenschaltkreis zu identifizieren, der spezifisch auf herannahende Objekte reagiert und diese Information unverzüglich an das Hirn weiterleitet.

Nervenzellen für die Wahrnehmung von Herannahendem

An dieser Wahrnehmung sind verschiedene Retinazelltypen beteiligt. Eine wichtige Rolle kommt dabei den Bipolarzellen zu, die gleich unter den Photorezeptorzellen sitzen. Man unterscheidet zwei verschiedene Typen von Bipolarzellen: Solche, die aktiv werden, wenn es heller wird, sogenannte ON Zellen, und solche die reagieren, wenn es dunkler wird, sogenannte OFF Zellen. Ein herannahendes Objekt ist für das Auge nichts anderes als ein immer grösser werdendes, dunkles Etwas. Kommt ein Objekt also näher, so reagieren immer mehr Biopolarzellen des Typs OFF auf das Herannahen, und senden dieses Signal an die nächste Zellschicht in der Netzhaut, die Ganglienzellen, weiter. Diese integrieren das Signal und senden es ins Hirn. Das gleiche Netzwerk wird inaktiviert, wenn wir ein Objekt sehen, das sich seitlich bewegt. Nur werden in diesem Fall Amakrin Zellen – ein weiterer Retinazelltyp – aktiviert, welche den Informationsfluss unterbinden. Die rasche Umsetzung der Information in Amakrinzellen ist − vor allem in der Natur − oft entscheidet über Leben und Tod, dann, wenn sich eine Beutetier plötzlich dem Räuber gegenüber sieht.

Unterschiedliche Wahrnehmungen bei Tag und bei Nacht
Das war aber nicht die einzige Neuigkeit. Bis anhin wurde angenommen, dass ein Nervenzelltyp genau eine Funktion inne hat. Roskas Experimente zeigten nun aber, dass die Nervenzellen, die tagsüber herannahende Objekte wahrnehmen, nachts eine andere Funktion übernehmen. Dann sind sie nämlich über andere Photorezeptoren für die Nachtsichtigkeit verantwortlich. Wie die Amakrinzellen diese zwei Arten von Stimuli verarbeiten, ist noch nicht bis ins letzte Detail geklärt. Offen ist auch, was in der Retina geschieht, wenn sich die zwei Wahrnehmungen überlagern, beispielsweise, wenn  nachts eine Eule auf eine Maus herabschiesst. Konkret zeigen die Resultate jedoch, dass die Fähigkeit des Nervensystems zur Informationsverarbeitung um ein Vielfaches wächst, wenn verschieden Nervenzelltypen in eine Vielzahl von Wahrnehmungen involviert sind.

Nervenzellen in der Netzhaut: Eine Tour d'horizon
Über die Netzhaut (Retina) werden im Auge verschiedene Wahrnehmungen verarbeitet und ins Hirn weitergeleitet. Die Netzhaut besteht aus einer Vielzahl von Nervenzellen, die in mehreren Schichten angeordnet sind. In der äussersten Schicht sitzen die Photorezeptorzellen. Diese sind lichtempfindlich. Davon gibt es verschiedene Typen, nämlich rotempfindliche, grünempfindliche und blauempfindliche für das Farbsehen sowie solche für schwache Lichtverhältnisse. Diese Photorezeptorzellen sind mit Bipolarzellen verbunden, welche wiederum mit Amakrinzellen interagieren. Dahinter folgen die Ganglienzellen. Diese integrieren die Inputs sowohl von Bipolarzellen als auch Amakrinzellen und leiten sie via den Sehnerv an das Hirn weiter.

Originalpublikation

Münch TA et al. (2009): Approach sensitivity in the retina processed by a multifunctional neural circuit. Nature Neuroscience, 12, 1308 – 1316.

Kontakt
Dr. Botond Roska, botond.roska [at] fmi.ch, Tel. +41 61 697 37 27