Identifizierung von Regelkreisen im Gehirn, die automatisiertes Handeln steuern
EU-finanzierte Forscher haben zwei neuronale Regelkreise erforscht, die automatisierte Prozesse steuern, z.B. den alltäglichen Gang zur Arbeit oder nach Hause. Die Ergebnisse der neuen Studie wurden jetzt im Fachblatt Neuron veröffentlicht und könnten bei der Erforschung der Parkinsonschen Krankheit, Drogenabhängigkeit und anderen psychischen Störungen von Bedeutung sein. Die neuen Erkenntnisse sind Teil des Projekts SELECT-AND-ACT (The role of striatum in selection of behaviour and motor learning: neuronal code, microcircuits and modelling), das mit 2,5 Millionen EUR unter dem Themenbereich Gesundheit des Siebten Rahmenprogramms (RP7) finanziert wurde. Alltägliche Handlungsabläufe prägen sich durch ständiges Wiederholen und Ausprobieren ins Gedächtnis ein. Oft werden sie ausgeführt, ohne groß darüber nachzudenken oder sie überhaupt richtig wahrzunehmen. Der Heimweg von der Bushaltestelle beispielsweise ist meist so weit automatisiert, dass man währenddessen über etwas ganz anderes nachdenkt. In der Forschung beschäftigt man sich schon lange mit dem Phänomen der Automatisierung von Handlungsabläufen. Im Mittelpunkt der neuen Studie stehen daher die Basalganglien, eine Gruppe von Neuronen mit bemerkenswerten Fähigkeiten im Gehirn von Säugern, die verschiedenste Funktionen steuern, von Bewegungen und Gefühlen bis hin zu Denkprozessen. Vorangegangene Studien deuteten bereits darauf hin, dass das Striatum als größte Struktur in den Basalganglien für Lernprozesse von Bedeutung ist, die das Belohnungssystem aktivieren. Ein Teil des Striatums kontrolliert Bewegungsabläufe und steht mit dem sensomotorischen Kortex in Verbindung, der bei geplanten Handlungen und exekutiven, d.h. bewusst gesteuerten Funktionen zum Tragen kommt. Ein weiterer Regelkreis im Striatum steuert flexibles Verhalten und steht mit dem sogenannten Assoziationskortex in Verbindung, der Sinneseindrücke verarbeitet und weiterleitet. Bisher ist wenig über die Rolle bekannt, die die beiden voneinander getrennten Regelkreise beim Erlernen neuer Handlungsabläufe spielen. Die vom Massachusetts Institute of Technology (MIT), Vereinigte Staaten, geleitete Studie untersuchte die Aktivität der beiden Regelkreise im Striatum von Ratten, die lernten, den Weg durch ein Labyrinth hin zu einer mit Leckereien gefüllten Kiste zu finden. Um dies zu bewerkstelligen, mussten die Ratten sensorische Hinweise (Ton und Berührung) an einer T-Kreuzung des Labyrinths entschlüsseln. Damit beschäftigten sie sich so lange, bis sich der Weg ins Gedächtnis eingeprägt hatte. Je besser die Ratten wurden, desto komplexer wurden die Aktivitätsmuster, die sich in den Regelkreisen im Verlauf des Lernprozesses herausbildeten. Der erste Regelkreis wurde vor allem dann aktiv, wenn die Ratten spezifische Handlungen ausführen mussten, z.B. losrennen, anhalten oder in einen Gang einbiegen, und das Signal verstärkte sich mit zunehmender Automatisierung des Prozesses. Der zweite Regelkreis wurde aktiviert, wenn die Ratten entscheiden mussten, ob sie links oder rechts herum laufen sollen. Hier wiederum wurde das Signal schwächer, je besser die Ratte den Weg erlernte. "Wir sind überzeugt, dass die beiden Regelkreise in den Basalganglien parallel arbeiten", erklärt Catherine Thorn vom MIT als Leiterin der Studie. "Die Regelkreise konkurrieren offensichtlich so lange miteinander, bis das Verhalten erlernt und automatisiert ist." "Störungen der Regelkreise gelten als Ursache für die Entstehung der Parkinsonschen Krankheit, Drogenabhängigkeit und vieler psychischer Erkrankungen", sagt Ann Graybiel, ebenfalls Mitarbeiterin am MIT. "Wenn wir es schaffen würden, diese Konkurrenz wechselweise zu beeinflussen, könnten wir Therapien neue Impulse verleihen und vielleicht auch ganz neuartige Therapien entwickeln."
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