Grössere Synapse, stärkere Signale

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Die Synapsengrösse bestimmt direkt die Stärke ihrer Signalübertragung - dargeste

Die Synapsengrösse bestimmt direkt die Stärke ihrer Signalübertragung - dargestellt als drei Nervenzellverbindungen unterschiedlicher Grösse und Helligkeit. ( Kristian Herrera und Studienautoren)

Nervenzellen kommunizieren miteinander via Synapsen. Deren Leistung und die der gesamten Grosshirnrinde dürfte viel höher sein, als bisher vermutet, wie Neurowissenschaftler der Universität Zürich und ETH Zürich zeigen.

In den Nervenzellen der Grosshirnrinde, dem Neokortex, verarbeitet der Mensch Sinneseindrücke, speichert Erinnerungen ab, gibt Befehle an die Muskeln und plant in die Zukunft. Möglich sind diese Rechenprozesse, da jede Nervenzelle ein hochkomplexer Minicomputer ist, der wiederum mit rund 10’000 anderen Neuronen in Kontakt steht. Kommuniziert wird über spezielle Kontaktstellen: die Synapsen.

Je grösser die Synapse, desto stärker das Signal

Forschende des Teams von Kevan Martin vom Institut für Neuroinformatik der Universität Zürich (UZH) und ETH Zürich zeigen nun erstmals, dass die Grösse der Synapsen die Stärke ihrer Informationsübertragung bestimmt. «Grössere Synapsen führen zu stärkeren elektrischen Impulsen. Mit dieser Erkenntnis schliessen wir eine zentrale Wissenslücke der Neurobiologie», sagt Martin.

Das Wissen um diesen Zusammenhang kann auch genutzt werden, um anhand der gemessenen Synapsengrösse abzuschätzen, wie stark die Informationsübertragung ist. «Damit können zukünftig die Schaltkreise der Grosshirnrinde mithilfe von Elektronenmikroskopie exakt kartographiert und deren Informationsfluss am Computer simuliert und interpretiert werden», erklärt Hauptautor Gregor Schuhknecht, ehemaliger Doktorand in Kevan Martins Team. Diese Arbeiten ermöglichen ein besseres Verständnis, wie das Hirn normalerweise funktioniert, und wie «Verdrahtungsdefekte» zu neurologischen Entwicklungsstörungen führen können.

Mehr Rechenpower und Speicherplatz als vermutet

Das Team konnte überdies eine weitere zentrale Frage der Neurobiologie klären. Entgegen der bisheriger Lehrmeinung schütten Synapsen der Grosshirnrinde pro Aktivierungsvorgang mehrere Vesikel mit Botenstoffen gleichzeitig aus. «Synapsen sind somit komplexer und können ihre Signalstärke dynamischer regulieren als bislang vermutet. Die Rechenleistung und die Speicherkapazität der gesamten Grosshirnrinde ist höchstwahrscheinlich wesentlich grösser als bisher angenommen wurde», sagt Kevan Martin.

Bei dieser Meldung handelt es sich um eine Kurzfassung eines Artikels, der in den UZH-News der Universtät Zürich eschienen ist. Lesen Sie den Originalartikel hier.

Literaturhinweis

Holler S, Köstinger G, Martin KAC , Schuhknecht , GFP , Stratford, KJ. Structure and function of a neocortical synapse. 13 January 2021. DOI: 10.1038/s41586-020-03134-2 .

Redaktion