Neuronale Aktivitätsmuster und Gedächtnis
Etabliert ist inzwischen, dass die Gedächtnisleistung auf Aktivitäten neuronaler Zellverbände beruht. Wie diese Aktivitäten zeitlich abgestimmt werden, ist jedoch kaum erforscht. Eine experimentelle Methode ist die Messung neuronaler Spikes – kurzzeitiger Änderungen der elektrischen Spannung in der Umgebung mehrerer oder einzelner Neuronen. Das EU-finanzierte Forschungsprojekt "Temporal spiking precision underlying memory measured by neuronal recordings and photo-stimulation" (TSPUMMNRPS) untersuchte daher Effekte veränderter Aktivitätsmuster auf das Gedächtnis. Zum Einsatz kam ein etabliertes Modell für das räumliche Gedächtnis (Ratten im Labyrinth). Die Forscher generierten eine transgene Mauslinie für optogenetische Experimente und Fotostimulation von Neuronen, um zeitliche Abläufe beim Spiking zu unterbrechen, nicht aber nicht die durchschnittliche Entladung der Neuronen. Durch einen in der Zellmembran geöffneten Kationenkanal strömen positive Ionen in die Zellen, was die jeweiligen Aktionspotenziale verändert. Die Ergebnisse wurden in der renommierten Fachzeitschrift Nature Neuroscience veröffentlicht und die Mausmodelle stehen nun der Neurowissenschaft für weitere Forschungen zur Verfügung. Das Elektrodenarray für die Aufzeichnungen umfasste 512 Kanäle, wobei Größe und Gewicht des Aufzeichnungsgerätes deutlich reduziert wurden. Gerät und Experimente wurden ausführlich in renommierten Fachzeitschriften (Science, Neuron, Journal of Neuroscience, Nature) beschrieben und weitere Ergebnisse werden derzeit geprüft. Schließlich untersuchte das Team, ob durch elektrische Stimulation an der Außenseite des Schädels das synchrone Feuern von Neuronen unterbrochen werden kann. Hierfür wurde ein System entwickelt, das den Beginn epileptischer Episoden in Echtzeit detektieren kann. Außerdem konnte eine zeitlich gesteuerte elektrische Stimulation die Episoden um beeindruckende 60% verkürzen. Die Ergebnisse und Methoden wurden in der Fachzeitschrift Science veröffentlicht. Das EU-finanzierte Projekt TSPUMMNRPS lieferte damit einen wichtigen Beitrag zur Gedächtnisforschung. Die Erweiterung von Methoden und Instrumenten könnte viele neue Erkenntnisse zu den Mechanismen im gesunden wie auch im kranken Gehirn beitragen.
Schlüsselbegriffe
Neuronale Aktivität, Gedächtnis, zeitlich, Spiking, Photostimulation, transgen, optogenetisch, Elektroden-Array, Stimulation, epileptisch
