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The role of striatum in selection of behaviour and motor learning - neuronal code, microcircuits and modelling

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Wie das Gehirn Verhalten und Bewegung steuert

Um Sport zu treiben oder einfach nur auf der Straße zu laufen, müssen Bewegungsabläufe zeitlich exakt koordiniert und gesteuert werden. Ein EU-Forschungsprojekt untersucht nun, wie das Gehirn hierfür in Sekundenbruchteilen Entscheidungen trifft.

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Der Studie zufolge ist das Striatum, eine Gruppe von Neuronen in den subkortikalen Basalganglien, für die präzise zeitliche Abfolge von Bewegungen zuständig. Das Striatum empfängt Eingangssignale aus vielen Hirnarealen, übermittelt diese aber nur an jene Komponenten in den Basalganglien, die für Bewegungssteuerung, prozedurales Lernen und Augenbewegungen verantwortlich sind. Die für die Parkinson-Krankheit typischen Bewegungsstörungen gehen auf einen Mangel an Dopamin und anderen Neuromodulatoren zurück, was wiederum in einer gestörten Mikroverschaltung im Striatum resultiert. Wenn die Dopaminwerte zu hoch sind, sind unwillkürliche Bewegungen die Folge, bei einem Mangel hingegen sind die Bewegungen verzögert und unkoordiniert. Das EU-finanzierte Projekt SELECT-AND-ACT (The role of striatum in selection of behaviour and motor learning - neuronal code, microcircuits and modelling) untersuchte nun die Funktion der Basalganglien im Striatum. Hierfür analysierten die Projektpartner multizelluläre Mikroverschaltungen in Subpopulationen des Striatums mit der Lamprey-Methode an Ratten- und Primatenmodellen. Schwerpunkt waren Eingangssignale aus Kortex und Thalamus wie auch die Modifizierung dopaminerger und histaminerger Systeme. Interessanterweise ist die grundlegende Form der Basalganglien, wie sie sich bei den ersten Wirbeltieren entwickelt hat, über rund 560 Mio. Jahre beibehalten worden. Je komplexer jedoch die Organismen wurden, desto höher wurde durch Selektion die Zahl der Module, die bestimmte Verhaltensweisen steuern. Mit Patch-Elektroden wurde die neuronale Aktivität aufgezeichnet und auch die synaptische Antwort auf verschiedene Eingangssignale beobachtet. Die Forscher zeigten, dass spezifische neuronale Subtypen aktiviert werden, um situationsabhängige Bewegungen sowie neue Strategien und Bewegungsabläufe zu erlernen. In mathematischen Modellen wurden die großen Datenmengen, die auf zellulärer und Systemebene generiert wurden, zusammengeführt. Viele schwere psychische und neurologische Krankheiten wie ADHS, Schizophrenie, Chorea Huntington und Zwangsstörungen gehen auf Störungen in den Basalganglien zurück. Die Forschungsergebnisse von SELECT-AND-ACT liefern neue Erkenntnisse zu den verschiedenen Symptomen dieser Erkrankungen und befördern die Entwicklung spezifischer neuropharmakologischer Therapien.

Schlüsselbegriffe

Bewegung, Striatum, Basalganglien, Lernen, SELECT-AND-ACT

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