Geheimnis des neuronalen Kommunikationscodes entschlüsselt
Forscher des HUN-REN-Instituts für experimentelle Medizin (HUN-REN IEM) haben entschlüsselt, wie Nervenzellen (Neuronen) einheitliche Signale aneinander übermitteln, schreibt die Website des ungarischen Forschungsinstituts.
Die Forscher untersuchten Aktionspotentiale entlang von Axonsegmenten (verlängerte Verlängerungen) mit unterschiedlichen Durchmessern und fanden heraus, dass diese Signale wie echte digitale Signale wirken und die Kommunikation zwischen Neuronen sicherstellen. Die Ergebnisse wurden in der Fachzeitschrift veröffentlicht PLOS-Biologie mit János Brunner als Hauptautor.
Die Forscher unter der Leitung von János Szabadics verwendeten modernste Technologien, um das Verhalten von Aktionspotentialen entlang axonaler Segmente unterschiedlicher Durchmesser zu untersuchen. Aufgrund der geringen Größe der Axone waren solch detaillierte Messungen bisher nicht möglich.
Ein wichtiges Kommunikationsinstrument von Neuronen ist das Aktionspotential, ein kurzer elektrischer Impuls, der sich entlang des Axons ausbreitet, eine Projektion von Neuronen, die Informationen schnell an andere Neuronen, Drüsen oder Muskeln überträgt.
Eine Störung dieses Prozesses kann zu schwerwiegenden neurologischen Problemen wie Epilepsie oder Muskelschwäche führen.
Das Axon ist jedoch keine einfache röhrenförmige Struktur. Es ähnelt eher einer ungleichmäßigen Perlenkette mit Segmenten unterschiedlichen Durchmessers. Der Durchmesser hat einen erheblichen Einfluss auf die Ausbreitung elektrischer Signale und sollte daher theoretisch den Verlauf des Aktionspotentials beeinflussen.
Die Forscher untersuchten zunächst die Moosfaseraxone im Hippocampus (Teil des Gehirns, der für Gedächtnis und Lernen verantwortlich ist). Mithilfe elektrophysiologischer Messungen, optischer Techniken und rechnerischer Analysen konnten die Forscher nachweisen, dass die Form des Aktionspotentials konstant bleibt.
Die Forschung hat ergeben, dass die konstante Form des Aktionspotentials auf die ungleichmäßige Verteilung bestimmter Ionenkanäle zurückzuführen ist. Eine bestimmte Gruppe von Kaliumkanälen, die sogenannte Kv1-Familie, ist entlang des Axons nicht einheitlich. In den schmaleren Segmenten, in denen sich das elektrische Signal natürlich verlangsamen würde, haben die Kv1-Kanäle eine größere Wirkung und beschleunigen den Wirkungsverlauf des Potenzials.
Dadurch bleibt die Form des Aktionspotentials entlang axonaler Segmente aller Durchmesser gleich. Das Aktionspotential fungiert somit als echtes „digitales“ Signal.
Dem Artikel zufolge untersuchten die Forscher auch Aktionspotentiale in anderen Arten von Axonen, die keine ungewöhnlich großen Strukturen aufweisen, aber im Durchmesser variieren, ähnlich den axonalen Projektionen der meisten bekannten Neuronen. Sie fanden heraus, dass die Form des Aktionspotentials zwar zwischen verschiedenen Axontypen variieren kann, der Durchmesser innerhalb eines bestimmten Axontyps jedoch keinen Einfluss auf die Form des Signals hat. Die Erkenntnisse der HUN-REN-Forscher werfen neues Licht auf die Funktionsweise von Neuronen.
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