Neuronen: Synapsenaktivität live übertragen

9. April 2015
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Eine neue Methode kann die Nervenzell-Aktivität im Gehirn von Fruchtfliegen live beobachten: Die Multiphotonen-Mikroskopie verfolgt, wie Synapsen auf Duftreize reagieren. Sie liefert Erkenntnisse zur Gedächtnisbildung, die potentiell auf den Menschen übertragbar sind.

Wissenschaftler der Universität Göttingen haben mit einer neuen Methode die Aktivität von Nervenzellen im Gehirn lebender Fruchtfliegen beobachtet. Bislang wurden Fragen nach der Synapsenaktivität in der Regel an Gewebepräparationen oder einzelnen, kultivierten Zellen erforscht. Mithilfe hochauflösender Multiphotonen-Mikroskopie konnten die Forscher nun erstmals verfolgen, wie bestimmte Synapsen im intakten Gehirn der Fruchtfliege Drosophila melanogaster auf Duftreize reagieren und wie sie sich verändern, wenn sie diesen Reizen über längere Zeit ausgesetzt sind. Die Ergebnisse sind in der Fachzeitschrift Cell Reports erschienen.

Sensorproteine ermöglichen Beobachtung

Synapsen sind die Kontaktstellen zwischen den Nervenzellen. Die Göttinger Neurobiologen züchteten Fruchtfliegen, die an ausgewählten Synapsen im Gehirn fluoreszierende Sensorproteine tragen: Diese ändern ihre fluoreszierenden Eigenschaften, wenn die Synapse auf die Aktivität ihrer Nervenzelle reagiert. Die Forscher konnten so genau beobachten, wie die Synapsen reagierten, wenn die Fliege mit Duftreizen konfrontiert wurde. Mehr noch: Waren die Fliegen über längere Zeit einem Apfelduft ausgesetzt, ließen sich spezifische Veränderungen an bestimmten Synapsen des Gehirns erfassen.

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Mikroskopische Aufnahme eines Drosophila-Gehirns (blau). Die Synapsen zweier Typen von Nervenzellen sind grün und rot markiert. Foto: © Universität Göttingen

Synapsen verändern sich durch Erfahrungen

„Die Gehirne von Tieren sind plastisch und ermöglichen den Tieren, zu lernen, Gedächtnisse anzulegen und sich wechselnden Umweltbedingungen anzupassen“, erläutert der Leiter der Studie, Prof. Dr. André Fiala vom Johann-Friedrich-Blumenbach-Institut für Zoologie und Anthropologie der Universität Göttingen. „Wir konnten nun einen methodischen Zugang zum Gehirn eines lebenden Tieres schaffen, um zu beobachten, welche Synapsen sich aufgrund von bestimmten Erfahrungen ändern.“ Die Wissenschaftler hoffen, dass sich durch das gleichzeitige Registrieren der Plastizität einer Vielzahl an Synapsen Prinzipien herausfinden lassen, wie Gehirne gelernte Informationen in sich ständig ändernden komplexen Netzwerken von Nervenzellen anlegen und kodieren.

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Mikroskopische Erfassung einer durch einen Duftreiz hervorgerufenen Aktivität der Synapsen einer einzelnen Nervenzelle im Gehirn einer lebenden Fruchtfliege (aktive Synapsen farbig, inaktive weiß). Foto: © Universität Göttingen

Originalpublikation:

Optical Dissection of Experience-Dependent Pre- and Postsynaptic Plasticity in the Drosophila Brain.
Ulrike Pech et al.; Cell Reports, doi: 10.1016/j.celrep.2015.02.065; 2015

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