Ein lernfähiges Gehirn ist überlebenswichtig. Wissenschaftler haben nun bei Mäusen nachgewiesen, dass beim Lernen hemmende Nervenzellen zumindest teilweise blockiert werden müssen. Diese Enthemmung fungiert dabei ähnlich wie das Loslassen des Bremspedals im Auto.
Beim Lernen speichert das Gehirn neue Informationen, indem es die Verbindungsstärke zwischen Nervenzellen verändert. Ein Vorgang, der als synaptische Plastizität bezeichnet wird. Wissenschaftler am Max-Planck-Institut für Hirnforschung in Frankfurt haben zusammen mit Forschern aus Basel erstmals nachgewiesen, dass beim Lernen hemmende Nervenzellen zumindest teilweise blockiert werden müssen. Diese Enthemmung fungiert dabei ähnlich wie das Loslassen des Bremspedals im Auto: Sind die hemmenden Nervenzellen weniger aktiv, beschleunigt sich das Lernen.
Lernen ist oft eine Frage des Timings: Unterschiedliche Reize werden besonders leicht miteinander verknüpft, wenn sie zeitlich eng aufeinanderfolgen. Die Max-Planck-Wissenschaftler haben sich dies in Konditionierungsexperimenten zunutze gemacht, in denen Mäuse lernten, auf einen Ton zu reagieren. Damit dieser Lerneffekt eintreten kann, müssen die Synapsen auf den sogenannten Hauptnervenzellen der Amygdala empfindlicher werden. Die Forscher konzentrierten sich auf zwei Arten von hemmenden Nervenzellen, die die Proteine Parvalbumin und Somatostatin bilden. Beide Nervenzelltypen hemmen die Hauptnervenzellen der Amygdala. Dendrit einer Hauptnervenzelle in der Amygdala (weiß). Hemmende Synapsen sind rot dargestellt. © MPI f. Hirnforschung/ J. Lezkus
Die Ergebnisse der Max-Planck-Forscher zeigen, dass beide Zelltypen während unterschiedlicher Phasen des Lernvorgangs gehemmt werden. Durch diese Enthemmung werden die Hauptnervenzellen stärker aktiviert. Durch den Einsatz von Optogenetik konnten die Forscher zudem das Lernverhalten der Mäuse steuern. Dabei statteten sie die beiden Arten von hemmenden Nervenzellen in der Amygdala mit lichtempfindlichen Ionenkanälen aus und schalteten so die Neurone mittels Licht gezielt an oder aus. „Wenn wir die Enthemmung verhindern, lernen die Mäuse schlechter. Im Gegensatz dazu führt eine Verstärkung der Enthemmung zu intensiverem Lernen“, sagt Johannes Letzkus vom Max-Planck-Institut für Hirnforschung. Als nächstes wollen die Wissenschaftler die Nervenbahnen identifizieren, die an der Enthemmung beteiligt sind. Originalpublikation: Amygdala interneuron subtypes control fear learning through disinhibition Johannes Letzkus et al.; Nature, doi: 10.1038/nature13258 , 2014
