Im Gleichgewicht: Wie das Gehirn seine Sensitivität justiert

Im Alltag werden wir ständig mit unterschiedlichen Sinneseindrücken konfrontiert, wie etwa lauten und zugleich auch sehr leisen Geräuschen. Um dieses Spektrum an Informationen bestmöglich zu verarbeiten, muss das Gehirn eine Balance finden, wie stark es auf welche Reize reagiert. Wenn es zu sensibel reagiert, werden die Nervenzellen übermässig stark aktiviert. Die Folge sind epileptische Anfälle. Ist es andererseits nicht empfindlich genug, nimmt es Reize kaum wahr.

Wie schafft es also das Gehirn, sowohl hochsensitiv zu sein und gleichzeitig eine Überaktivierung zu verhindern? «Wichtig ist, dass sich Anregung und Hemmung der Aktivität die Waage halten», erklärt Prof. Dr. Peter Scheiffele vom Biozentrum der Universität Basel. «Im Mausmodell haben wir nun entdeckt, wie dieses Gleichgewicht aufrechterhalten wird, um eine stabile und optimale Leistungsfähigkeit des Gehirns zu gewährleisten.» Im Fokus der Studie stand der Neocortex, ein Gehirnareal, das für unsere Wahrnehmungen und auch komplexer Funktionen wie Lernen zuständig ist.

Unser Gehirn besteht aus Milliarden von Nervenzellen, die über sogenannte Synapsen miteinander kommunizieren und Sinneswahrnehmungen wie Hören, Tasten und Sehen übertragen. Während anregende Neuronen Reize weiterleiten und integrieren, steuern hemmende Neuronen die zeitliche Abfolge und Stärke des Informationsflusses. Dieses interne Kontrollsystem stellt sicher, dass das Nervensystem präzise und angemessen auf Reize reagiert.

Netzwerk-Überaktivierung und Epilepsie

Neuronen können eine übermässige Aktivierung erkennen und daraufhin die Reizempfindlichkeit des Systems herabsetzen. Doch wie die Zellen auf molekularer Ebene instruiert werden, war bislang unklar. «Wir haben herausgefunden, dass anregende Neuronen ein Protein namens BMP2 ausschütten, wenn sie selbst stark aktiv sind», sagt Erstautorin Dr. Zeynep Okur. «BMP2 wirkt direkt auf die hemmenden Nervenzellen und schaltet dort ein Genprogramm an, das zur Bildung neuer Synapsen führt.» Diese zusätzlichen Synapsen verstärken den Einfluss der hemmenden Nervenzellen und senken die Aktivität des neuronalen Netzwerkes.