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Information processing in distal dendrites of neocortical layer 5 pyramidal neurons

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Überwachung elektrischer Signale von der Hirnoberfläche

Ob eine Nervenzelle elektrisch erregt wird und dieses Signal weiterleitet, ist von vielen Faktoren abhängig. Eine neue europäische Studie identifiziert mittels unterschiedlichster Verfahren – von molekularen bis mikroskopischen über elektrophysikalische Methoden – wie hoch der Reiz sein muss, damit ein Nervenimpuls im Kortex übertragen wird.

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Eine Nervenzelle im Zentralnervensystem (ZNS) ist von einem "Wald" komplexer Dendritenbäume umgeben, die aus dem Zellkörper herauswachsen. Diese sind mit buchstäblich Tausenden von Synapsen (Kontaktpunkten, die die Übertragung von Signalen gewährleisten) in der näheren Umgebung verbunden. Die Eingangssignale generieren am Axonhügel eine elektrische Erregung bzw. ein Aktionspotenzial. In früheren Studien hatte sich bestätigt, dass bei der Aktivierung einer Synapse ein elektrisches Signal erzeugt wird, sobald Neurotransmitter aus präsynaptischen Axonen freigesetzt werden. Aufnahmen elektrischer Signale aus dem Neokortex hatten gezeigt, dass, entsprechend der Kabeltheorie, das Aktionspotenzial am Dendriten hauptsächlich in Abhängigkeit von der Entfernung zum Zellkörper (Soma) moduliert wird. Das Projekt CHANNELRHODOPSIN (Information processing in distal dendrites of neocortical layer 5 pyramidal neurons) untersuchte, auf welche Weise Entfernung im Dendritenbaum das Aktionspotenzial postsynaptischer Neuronen beeinflusst und wie Aktionspotenziale von Dendriten generiert werden können, beides Aspekte, zu denen noch recht wenig bekannt ist. Neuere Forschungen legten nahe, wie wichtig die Aktivierung von NMDA-Rezeptoren (N-Methyl-D-Aspartat) ist, damit ein Signal erzeugt und zum Zellkörper weitergeleitet wird, um ein Aktionspotenzial zu generieren. Indirekt stellte sich auch heraus, dass Interneuronen, die ihre Signale an die Dendriten senden, die dendritische Exzitabilität steuern. Die Forscher von CHANNELRHODOPSIN zeichneten simultan die prä- und postsynaptischen elektrischen Signale von identifizierten Interneuronen und Pyramidenzellen auf (eine spezielle Dendritenart bzw. primäre Exzitationseinheiten im Säugerkortex). Das Projektteam charakterisierte zuerst die verschiedenen Arten von inhibitorischen Neuronen in der tiefen Schicht 5 des Kortex bei apikalen Dendriten. Anschließend wurde demonstriert, dass bestimmte inhibitorisch wirkende Interneuronen in der äußeren Schicht des Neokortex das Aktionspotenzial der Dendriten in Schicht 5 unterdrücken. Die Projektergebnisse zeigen, dass ein inhibitorisches Neuron auf der Kortexoberfläche die Informationsverarbeitung in einem spezifischen Pyramidenneuron beeinflussen kann. Hieraus ergeben sich bedeutsame Ergebnisse für die Neurowissenschaften sowie wichtige Einblicke in die integrative Arbeitsweise der Neuronen des ZNS.

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