Beim Erlernen einer muskelgesteuerten Fähigkeit beginnen die Nervenzellen im Gehirn fast augenblicklich damit, sich neu zu verbinden. Das haben US-Wissenschaftler herausgefunden als sie das Bewegungslernen von Mäusen untersuchten. Indem sie ihnen Futter als Belohnung anboten, brachten sie den Tieren bei, sich durch einen engen Spalt zu quetschen. Als sie vor, während und nach dem Training die Auswirkungen der Übung auf das Mäusegehirn untersuchten, stellten die Molekularbiologen Überraschendes fest: Innerhalb von einer Stunde bildeten sich Synapsen zwischen Nervenzellen in eben dem Gehirnbereich aus, der Muskelbewegungen kontrolliert. Die neuen Nervenverbindungen erwiesen sich als sehr robust: Auch im Test nach vier Monaten beherrschten die Mäuse ihren Trick noch ? selbst das Lernen ähnlicher motorischer Fähigkeiten störte die aufgebaute Hirnverdrahtung nicht. Langfristig sollen die Erkenntnisse Neurologen dabei helfen, das Langzeitgedächtnis von Schlaganfall-Patienten schneller wieder herzustellen.
?Uns ist es erstmals im Rahmen von Bewegungsstudien gelungen, die gleichen Synapsen über einen längeren Zeitraum zu beobachten?, erklärt Co-Autorin Yi Zuo. ?Und wir haben nachgewiesen, dass die Strukturveränderungen im Gehirn viel früher einsetzen, als bisher angenommen.? Während des Lernens finde ein Umbauprozess statt, bei dem Nervenverbindungen aufgebaut und nicht relevante abgebaut würden. ?Dabei vergisst das Bewegungs- und Muskelgedächtnis der Mäuse nichts mehr ? so wie auch wir das Fahrradfahren nicht verlernen.? Fazit: eine schnelle langlebige Reorganisation der Synapsen ist der Schlüssel für ein stabiles Bewegungsgedächtnis.
Um bei ihrer Untersuchung das Mäusegehirn nicht zu verletzen, manipulierten die Molekularbiologen die Tiere genetisch: Diese produzierten in bestimmten Nervenzellen der Hirnrinde ein lichtabstrahlendes Eiweiß. Das wiederum macht sich das so genannte Multiphotonen-Mikroskop zunutze: Es tastet das Gewebe mit Lichtpulsen ab, die den 20-billionsten Bruchteil einer Sekunde dauern und das Eiweiß zum Leuchten anregen ? ein Objektiv fängt die Fluoreszenz für die Bildgebung auf.
Die Studie zeigt, dass frisch ausgebildete Verzweigungen der Nervenzellen zunächst instabil sind. Während des motorischen Lernprozesses sind sie dann einem Auswahlverfahren unterworfen, aus dem die dauerhaften Synapsen hervorgehen. ?Wir wollen mit der Studie den nach einem Schlaganfall einsetzenden Prozess verstehen, bei dem Patienten gewisse Dinge erneut lernen müssen ? und diesen Vorgang beschleunigen?, berichtet Zuo.
Yi Zuo (University of California, Santa Cruz) et al.: Nature Online, doi: 10.1038/nature08389 ddp/wissenschaft.de ? Rochus Rademacher
