Im Gehirn herrscht Vollbeschäftigung. Wenn ein Neuron seinen Job verliert, wird es schnell von umliegenden Regionen rekrutiert und in bestehende Netzwerke eingebunden. Das gilt etwa für Nervenzellen, die durch Verletzungen in der Peripherie, beispielsweise bei Schäden an der Netzhaut des Auges, keine Eingangssignale zur Verarbeitung mehr erhalten. Wie die Einbindung in andere neuronale Netzwerke abläuft, haben jetzt Neurowissenschaftler an der Ruhr-Universität Bochum mit einem neuen Verfahren in hoher zeitlicher und räumlicher Auflösung beobachtet.

Dirk Jahncke und seine Kollegen erzeugten dazu Läsionen in der Netzhaut von ausgewachsenen Ratten. Dadurch bekamen die nachgeschalteten Neuronen in der so genannten Läsion-Projektions-Zone (LPZ) keinen direkten Input mehr. Die Forscher untersuchten anschließend die Veränderungen im primären, visuellen Kortex, der zu dieser Zone gehört. Dabei machten sie allerdings nicht die üblichen elektrophysiologischen Messungen mit in das Zellgewebe gestochenen Elektroden, welche die elektrische Aktivität nur grob in einem schlecht definierten Bereich erfassen. Sie konnten vielmehr die Aktionspotentiale der einzelnen Nervenzellen direkt beobachten, indem sie diese nach einem neuen Verfahren genetisch so manipulierten, dass sie bei Spannungsänderungen Lichtblitze aussandten. Diese konnten mit einem Kamerasystem detektiert und vom Computer in visuelle Aktivitätsmuster übersetzt werden.

Das Produkt des eingeschleusten Gens war ein Fluoreszenzfarbstoff, der in die neuronalen Zellwände eingebaut wird. Er sendet in Abhängigkeit von der Spannung Photonen aus, so dass sich Änderungen des Membranpotenzials bei Erregung der Nervenzelle in der Intensität der Fluoreszenz widerspiegeln. Die Bochumer Forscher konnten auf diese Weise mit einer zeitlichen Auflösung von Millisekunden zeigen, dass sich in den betroffenen Hirnbereichen zunächst mit Verzögerung elektrische Aktivität ausbreitet, deren Ursprung in Nachbarregionen liegt. Mit der Zeit pflanzt sich diese Aktivität immer schneller fort, bis die Nervenzellen in der LPZ schließlich selbst wieder feuern.

Christian Tack