Basalganglien: Wettkampf der Impulse

26. Januar 2016
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Bislang war die Funktion der Arky-Neuronen, die als Teil der Basalganglien die Steuerung des Verhaltens beeinflussen, nicht bekannt. Nun konnte gezeigt werden, dass die Neuronen entscheidend für den Handlungsabbruch sind, indem sie einen zusätzlichen „Stop“-Impuls senden.

Arky-Neurone sind in einem Teil der Basalganglien unterhalb der Großhirnrinde zu finden. Diese Region ist an der Planung, Initiierung und laufenden Anpassung vieler Bewegungen beteiligt. Bislang gelten die Neuronen noch als wenig erschlossen. An welcher Stelle angebrachtes Verhalten unterstützt und unangebrachtes Verhalten gehemmt wird, gilt als wichtige Frage für das Verständnis der Steuerung von normalem wie pathologischem Verhalten, insbesondere für die Aufmerksamkeitsdefizit-Hyperaktivitätsstörung (ADHS), Tic-Störungen und die Parkinson’sche Krankheit.

In früheren Untersuchungen hatte das Forschungsteam bereits demonstriert, dass in den Basalganglien sowohl „Stop“- als auch „Go“-Signale vorhanden sind und diese Signale sich ein Wettrennen darum liefern, welches Verhalten am Ende ausgeführt wird. Eine Interaktion ist aber auch zwischen den Signalen möglich, sagen die Forscher. Auf Basis eines Versuchs mit Ratten haben sie nun den Beweis erbracht, dass das Stop-Signal das Go-Signal nicht nur überholen kann, sondern auch einen direkten Einfluss auf es ausübt.

Konkurrenzkampf  innerhalb der Basalganglien

Anfangs konkurrieren bei einem Stop-/Go-Rennen Impulse aus dem Nucleus subthalamicus sowie dem Striatum, zwei Regionen innerhalb der Basalganglien. Während der Nucleus subthalamicus ein Stop-Signal sendet, geht vom Striatum ein Go-Signal aus. Eine neue Erkenntnis ist, dass die Arky-Neurone an dem Prozess beteiligt sind. Identifizieren konnten die Forscher diesen Zelltyp durch dessen geringe Aktivität im Schlaf. Dr. Robert Schmidt von der Universität Freiburg hat mit seinen Kollegen herausgefunden, dass Arky-Neurone ein weiteres Stop-Signal an das Striatum aussenden und so das Go-Signal drosseln. Da das Stop-Signal so das Rennen leichter gewinnen kann, ist dieser Schritt entscheidend für den Handlungsabbruch. Wodurch die Arky-Neurone wiederum aktiviert werden, ist noch in weiteren Studien zu klären.

Neurowissenschaftler haben in den Basalganglien (farbig hervorgehoben) einen neuen Typus von Nervenzellen identifiziert. @ Allen Brain Explorer 2

Neurowissenschaftler haben in den Basalganglien (farbig hervorgehoben) einen neuen Typus von Nervenzellen identifiziert. @ Allen Brain Explorer 2

Für das Verständnis der Verhaltenssteuerung sind neben den Stop-Signalen auch Eigenschaften der Go-Signale wichtig. In den Basalganglien, insbesondere im Striatum, werden Go-Signale von verschiedenen Neurotransmittern beeinflusst. Schmidt hat die Rolle des Botenstoffs Dopamin bei Lernverhalten und Motivation illustriert. Er ist der Meinung, dass Dopamin auch Auswirkungen auf den Go-Prozess haben könne. Weitere Einsichten in die elektrochemischen Zusammenhänge in den Basalganglien würden es womöglich leichter machen, konkrete Behandlungswege für die Parkinson’sche Krankheit und andere Bewegungsstörungen aufzuzeigen.

Originalpublikationen:

Arkypallidal Cells Send a Stop Signal to Striatum
Nicolas Mallet et al.; Neuron, doi: 10.1016/j.neuron.2015.12.017; 2016

Mesolimbic dopamine signals the value of work
Arif Hamid et al.; Nature Neuroscience, doi: 10.1038/nn.4173; 2016

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1 Kommentar:

Es gibt z. Zt. keinen Beweis dafür, dass die motorischen und hemmenden Neurone interagieren. Denn einerseits werden Aktionen durch die K-Na-Pumpe “Fleckenstein” (wie am Herzen) über das Enzym Na-K-ATpase (Christian Skou) aktiviert, wogegen andererseits die Bewusstseins-Vetos der hemmenden Neurone von “inhibitorischen Synapsen” ausgehen. Deren Funktion durch Hyperpolarisation wird von der GABA bzw. dem ß-Endorphin initiiert. Serotonin-Mangel und ß-Endorphin-Mangel führen zur ungebremsten Hyperaktivität motorischer Neurone (ADHS; Parkinson; Epilepsie; Tic). Auch ein enzymatisches Defizit des Proteins GIT 1, welches die freigesetzten Neurotransmitter in die Vesikel zurückbefördert, kann zur Schwächung hemmender Neurone führen. (beschrieben von Chatenieu) Es gibt also noch viel zu tun auf dem Gebiet der Neuro-Physiologie!

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