Mit zunehmendem Alter und insbesondere im Verlauf neurodegenerativer Erkrankungen wie Parkinson und Demenz kommt es im Gehirn zu einem stetigen Verlust von Nervenzellen. Trotz dieser kontinuierlichen Degeneration bleiben viele kognitive und sensorische Funktionen erstaunlich stabil – ein Hinweis auf robuste kompensatorische Mechanismen.
Organisation neuronaler Netzwerke im auditorischen Kortex
In sensorischen Arealen wie dem auditorischen Kortex werden Informationen als sogenannte Repräsentationskarte organisiert, in der akustische Reize durch charakteristische Aktivitätsmuster abgebildet werden. Diese Kartenstruktur bleibt trotz neuronaler Dynamik über die Zeit erhalten. Bislang ist unklar, inwiefern der Verlust von Neuronen die Organisation und Funktion der Repräsentationskarte gefährdet und auf welche Weise das System den Verlust kompensiert.
Studie untersucht neuronale Homöostase-Mechanismen nach neuronaler Ablation
Eine aktuelle Studie unter Leitung der Universitätsmedizin Mainz verfolgte das Ziel, die Homöostase von Repräsentationskarten nach gezieltem Verlust von Neuronen experimentell zu untersuchen. Im Mausmodell führten die Forscher eine gezielte Laser-Mikroablation im auditorischen Kortex durch, um die Auswirkungen des neuronalen Verlustes zu analysieren.
Auditive Repräsentationskarte stabilisiert sich nach neuronalem Verlust
Der Verlust von nur wenigen spezifischen Nervenzellen führte zu einer Destabilisierung der auditiven Repräsentationskarte. Doch bereits nach wenigen Tagen bildeten sich sehr ähnliche Aktivitätsmuster neu. Die Forscher konnten zeigen, dass zuvor schallinaktive Neurone nun Schallreize verarbeiten und damit die Funktion der nicht mehr vorhanden Neurone übernehmen konnten.
Die gezielte Entfernung inhibitorischer Neuronen führte hingegen zu einer länger anhaltenden Destabilisierung – ein Hinweis auf ihre zentrale Rolle für die Netzwerkstabilität.
Großes Regenerationspotential von neuronalen Netzwerken im Gehirn
Die Studienergebnisse fasst Prof. Dr. Simon Rumpel, Leiter der AG Systemische Neurophysiologie am Institut für Physiologie der Universitätsmedizin Mainz, in einer Pressemeldung zusammen: „Mit unseren Untersuchungen haben wir aufgedeckt, dass neuronale Netzwerke im Gehirn über ein bemerkenswertes Potential zur Reorganisation verfügen. Wir nehmen an, dass dieser neu entdeckte neuronale Mechanismus auch eine wichtige Rolle für den Verlust von Nervenzellen bei natürlichen Alterungsprozessen sowie bei neurodegenerativen Erkrankungen spielen könnte. Auf Grundlage unserer Erkenntnisse können zukünftige Forschungsanstrengungen darauf abzielen, diese neuronale Reorganisation zu unterstützen.“
Übertragbarkeit der Ergebnisse zur neuronalen Reorganisation auf den Menschen?
Die Studie macht deutlich, dass die funktionelle Homöostase durch ein Zusammenspiel von neuronaler Plastizität, Rekrutierung bislang inaktiver Zellen und Netzwerkrestrukturierung ermöglicht wird. Zukünftige Studien sollten untersuchen, inwiefern diese Prozesse im menschlichen Gehirn ablaufen und ob sie therapeutisch gezielt aktiviert werden können – beispielsweise im Kontext von Alzheimer und Parkinson.
