Forscher des Human Brain-Projekts haben ihr menschliches Gehirnmodell verfeinert und das Geheimnis der Entstehung von Erinnerungen und der Anpassung des Nervensystems gelüftet.
Erinnerungen sind ein wesentlicher Bestandteil unseres Lebens. Nicht umsonst wirkt sich der Verlust des Kurz- oder Langzeitgedächtnisses stark auf die menschliche Psyche aus und kann ihn im ersten Fall sogar vom Rest der Welt losreißen. In einem gesunden Gehirn können Informationen mehrere Jahre gespeichert werden, auch wenn sie nur flüchtig bekannt waren. Aber wie passiert das?
Die Informationsverarbeitung im Gehirn findet in Neuronen statt, die durch Synapsen verbunden sind. Jede Modifikation dieser Synapsen wirkt sich darauf aus, wie wir uns an Dinge erinnern oder auf bestimmte Reize reagieren. Eine Möglichkeit, neuronale Schaltkreise zu modifizieren, ist der Prozess der synaptischen Plastizität, bei dem bestimmte Synapsen als Reaktion auf neuronale Aktivität im Laufe der Zeit entweder verstärkt oder geschwächt werden.
Durch die Analyse der Netzwerke biochemischer Reaktionen, die der synaptischen Modifikation zugrunde liegen, konnten Wissenschaftler des Human Brain Project, an dem Forscher verschiedener europäischer Universitäten teilnahmen, neue Erkenntnisse über die Mechanismen der Plastizität gewinnen.
In Neuronen erfolgt die externe und interne Informationsverarbeitung durch die Übertragung von Signalen über synaptische Netzwerke. Sie bestimmen die synaptische Plastizität. Manchmal können sogar einzelne Moleküle - Enzyme oder Proteine - Rechenleistung in diesen Netzwerken auslösen. Eines dieser Moleküle ist die Säugetier-Adenylatcyclase (AC) -Familie von Enzymen, die extrazelluläre Signale in das intrazelluläre Molekül von cyclischem Adenosinmonophosphat (cAMP), einem der wichtigsten zellulären Signalmoleküle, übersetzen kann.
In ihrer Arbeit stellten die Neurowissenschaftler des Projekts fest, dass das Gehirn neun Varianten von AC-Proteinen produziert. Eine davon, AC5, ist die dominierende Form im Striatum, eine Struktur, die an Gedächtnis, Verhalten und Belohnung für das Erlernen neuer Fähigkeiten beteiligt ist. Während des Trainings ist die cAMP-Produktion entscheidend für die Stärkung der Synapsen, die die Neuronen der Großhirnrinde mit dem Striatum verbinden. Darüber hinaus stellte sich heraus, dass die Bildung dieser Bindungen von mehreren Systemen wie Dopamin und Acetylcholin abhängt.
Verfasser: Nikita Shevtsov