Ein Team der Universität Genf zeigt, dass falsch positionierte Neuronen ihre Funktion weiterhin erfüllen können, ohne die Gesamtfunktion des Gehirns zu beeinträchtigen.
Kann das Gehirn funktionieren, wenn seine Architektur verändert wird? Ein Team der Universität Genf zeigt, dass Neuronen, die sich am falschen Ort befinden, dennoch ihre normale Funktion erfüllen können, was unsere Vorstellungen von der Organisation des Gehirns in Frage stellt. Die in Nature Neuroscience veröffentlichte Arbeit zeigt eine ungeahnte Fähigkeit des Gehirns, sich anzupassen.
Neuronen sind spezialisierte Zellen, deren Aufgabe es ist, Informationen in Form von elektrischen und chemischen Signalen zu übertragen und zu verarbeiten. Sie bilden die Grundeinheit der Gehirn- und Nervenfunktion. Bisher ging man davon aus, dass sich jedes Neuron am richtigen Ort befinden muss, damit das Gehirn richtig funktioniert. In einer aktuellen Studie enthüllen Wissenschaftler der Universität Genf, dass falsch positionierte Neuronen nicht nur überleben, sondern auch die Funktion der normalen Grosshirnrinde vollständig ersetzen können.
Um zu dieser Schlussfolgerung zu gelangen, untersuchten die Wissenschaftler Mäuse, die an ’Heterotopien’ litten. Diese Missbildungen zeichnen sich durch ’verirrte’ Neuronen aus, die dann an der falschen Stelle unter der Hirnrinde eine Masse bilden können. Dieses Phänomen ist auch beim Menschen zu beobachten und führt in schweren Fällen zu epileptischen Anfällen und geistigen Defiziten. Bei der Beobachtung der Nagetiere machte das Team der Universität Genf eine überraschende Entdeckung: Diese Neuronen bilden Schaltkreise, die fast identisch mit denen der normalen Hirnrinde sind, mit ähnlichen Verbindungen zum Rest des Gehirns und zum Rückenmark.
Das ist so, als würde man ein ganzes Stadtviertel an einen anderen Ort verlegen und die Bewohnerinnen und Bewohner würden die gleichen Beziehungen aufrechterhalten.
Neuronen, die in der Lage sind, die Aufgaben zu übernehmen
Noch bemerkenswerter: Als die Forscher die normale Hirnrinde der Mäuse bei einer schwierigen sensorischen Aufgabe - die Berührung zweier verschiedener Schnurrhaare zu unterscheiden - deaktivierten, zeigten die Mäuse weiterhin eine normale Leistung, da die fehlplatzierten Neuronen die Aufgabe übernahmen. Umgekehrt führte die Inhibierung dieser abnormal platzierten Neuronen zu einem vollständigen Scheitern der Aufgabe, was zeigt, dass sie für die sensorische Verarbeitung essentiell geworden sind.
es ist, als würde man ein ganzes Stadtviertel an einen anderen Ort verlegen und die Bewohnerinnen und Bewohner würden die gleichen Beziehungen und Verbindungen mit dem Rest der Stadt aufrechterhalten", erklärt Sergi Roig-Puiggros, Postdoktorand in der Abteilung für grundlegende Neurowissenschaften der Medizinischen Fakultät der Universität Genf und Erstautor der Studie.
Auswirkungen auf die Medizin und die Evolution
Die Studie beleuchtet die evolutionären Mechanismen, durch die neue Gehirnstrukturen entstehen können. Sie eröffnet auch Perspektiven für die regenerative Medizin: "Wenn Neuronen in einem abnormalen architektonischen Kontext normal funktionieren können, müssten neuronale Transplantate oder Hirnorganoide potenziell nicht die natürliche Hirnstruktur perfekt nachbilden, um zu funktionieren", sagt Denis Jabaudon, ordentlicher Professor und Direktor der Abteilung für grundlegende Neurowissenschaften an der medizinischen Fakultät der Universität Genf, der die Studie leitete.
Für das Forschungsteam wird der nächste Schritt darin bestehen, zu beurteilen, ob diese erhaltene Funktion der fehlplatzierten Neuronen nur bei Heterotopien zu beobachten ist oder ob sie auch bei anderen Störungen der Neurodevelopmentalentwicklung auftritt.
