Studie deckt fehlende Teile im komplexen Nervennetzwerk auf, das für Links-Rechts-Kurven erforderlich ist

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Haben Sie sich jemals gefragt, was im Gehirn passiert, wenn wir uns nach rechts oder links bewegen? Die meisten Leute tun das nicht; Sie tun es einfach, ohne darüber nachzudenken. Doch diese einfache Bewegung wird tatsächlich durch einen komplexen Prozess gesteuert.

In einer neuen Studie haben Forscher das fehlende Teil des komplexen Nervennetzwerks entdeckt, das für Links-Rechts-Kurven erforderlich ist. Die Entdeckung wurde von einem Forschungsteam bestehend aus Assistenzprofessor Jared Cregg, Professor Ole Kiehn und ihren Kollegen vom Institut für Neurowissenschaften der Universität Kopenhagen gemacht.

Im Jahr 2020 identifizierten Ole Kiehn, Jared Cregg und ihre Kollegen das „Lenkrad des Gehirns“ – ein Netzwerk von Neuronen im unteren Teil des Hirnstamms, das beim Gehen Rechts- und Linksbewegungen steuert. Allerdings war ihnen damals nicht klar, wie dieser Rechts-Links-Schaltkreis von anderen Teilen des Gehirns, etwa den Basalganglien, gesteuert wird.

„Wir haben jetzt eine neue Gruppe von Neuronen im Hirnstamm entdeckt, die Informationen direkt von den Basalganglien erhalten und den Rechts-Links-Schaltkreis steuern.“


Professor Ole Kiehn, Abteilung für Neurowissenschaften, Universität Kopenhagen

Letztendlich könnte diese Entdeckung Menschen helfen, die an der Parkinson-Krankheit leiden. Die Studie wurde in der renommierten Fachzeitschrift veröffentlicht Naturneurowissenschaften.

Die Basalganglien liegen tief im Gehirn. Seit vielen Jahren ist bekannt, dass sie eine Schlüsselrolle bei der Steuerung willkürlicher Bewegungen spielen.

Vor Jahren haben Wissenschaftler herausgefunden, dass man durch die Stimulation der Basalganglien die Bewegungen der rechten und linken Hand bei Mäusen beeinflussen kann. Sie wussten einfach nicht wie.

„Beim Gehen verkürzen Sie die Schrittlänge des rechten Beins vor einer Rechtsdrehung und des linken Beins vor einer Linksdrehung. Das neu entdeckte Netzwerk von Neuronen befindet sich in einem Teil des Hirnstamms, der als PnO bekannt ist „Sie sind diejenigen, die Signale von den Basalganglien empfangen und die Schrittlänge anpassen, wenn wir eine Kurve machen, und die so bestimmen, ob wir uns nach rechts oder links bewegen“, erklärt Jared Cregg.

Die Studie liefert daher einen Schlüssel zum Verständnis, wie diese absolut wesentlichen Bewegungen vom Gehirn erzeugt werden.

In der neuen Studie untersuchten die Forscher das Gehirn von Mäusen, da ihr Hirnstamm dem menschlichen Hirnstamm sehr ähnelt. Daher erwarten die Forscher, einen ähnlichen Rechts-Links-Schaltkreis im menschlichen Gehirn zu finden.

Menschen mit Parkinson haben Schwierigkeiten, rechts und links abzubiegen

Die Parkinson-Krankheit wird durch einen Mangel an Dopamin im Gehirn verursacht. Dies betrifft die Basalganglien, und die für die neue Studie verantwortlichen Forscher gehen davon aus, dass dies dazu führt, dass der Rechts-Links-Kreislauf des Hirnstamms nicht aktiviert wird.

Und es macht Sinn, wenn man sich die Symptome ansieht, die Menschen mit Parkinson in einem späten Krankheitsstadium verspüren – sie haben oft Schwierigkeiten, sich beim Gehen zu drehen.

In der neuen Studie haben die Forscher dies an Mäusen untersucht, deren Symptome denen von Menschen mit Parkinson-Krankheit ähneln. Sie erstellten ein sogenanntes Parkinson-Modell, indem sie Dopamin aus dem Gehirn von Mäusen entfernten und ihnen so motorische Symptome verschafften, die denen von Menschen mit Parkinson-Krankheit ähneln

„Diese Mäuse hatten Schwierigkeiten, sich zu drehen, aber durch die Stimulation der PnO-Neuronen konnten wir die Schwierigkeiten beim Drehen lindern“, sagt Jared Cregg.

Mithilfe der Tiefenhirnstimulation könnten Wissenschaftler schließlich in der Lage sein, eine ähnliche Stimulation für Menschen zu entwickeln. Derzeit sind sie jedoch nicht in der Lage, menschliche Gehirnzellen so genau zu stimulieren wie in Mäusemodellen, wo sie fortschrittliche optogenetische Techniken verwendeten.

„Die Neuronen im Hirnstamm sind ein Chaos, und die elektrische Stimulation, die Art der Stimulation, die bei der menschlichen Tiefenhirnstimulation verwendet wird, kann die Zellen nicht voneinander unterscheiden. Unser Wissen über das Gehirn wächst jedoch ständig, und irgendwann werden wir es vielleicht schaffen.“ „In der Lage sein, über eine gezielte Tiefenhirnstimulation des Menschen nachzudenken“, schließt Ole Kiehn.

Fakten: Was die Forscher getan haben

Die Forscher nutzten Optogenetik, um das Netzwerk von Neuronen im PNO (Pontiner retikulärer Kern, oraler Teil) zu stimulieren. Kurz gesagt, Optogenetik ist eine Technik zur genetischen Veränderung bestimmter Gehirnzellen, um sie lichtempfindlich und damit anfällig für Lichtstimulation zu machen.

Als die Forscher das Licht aktivierten, konnten Mäuse, die bisher nur Linkskurven ausführen konnten, nun auch geradeaus laufen und Rechtskurven ausführen.

Quelle:

Universität Kopenhagen – Fakultät für Gesundheits- und Medizinwissenschaften

Zeitschriftenreferenz:

Cregg, JM, et al. (2024). Basalganglien-Rückenmark-Weg, der Bewegungsasymmetrien bei Mäusen steuert. Naturneurowissenschaften. doi.org/10.1038/s41593-024-01569-8.

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