Gehirnforschung

[aus ZAK 26] Serotonin, aus der Aminosäure Tryptophan gebildeter Neurotrans-mitter mit einer Vielzahl zum Teil nicht endgültig geklärter Funktionen.

So ist Serotonin an der Physiologie des Schlafes und am Kohlenhydratstoffwechsel beteiligt; zudem besteht ein Zusammenhang zwi­schen Serotoninmangel und Depressionen. Bei der Behandlung von Depressionen werden daher so genannte selektive Serotonin-Wie-deraufnahmehemmer eingesetzt, welche die Aufnahme von Sero­tonin in die Nervenzellen verzögern und so ein längeres Verbleiben des Transmitters an seinem Wirkungs­ort, der Synapse, ermöglichen. Forscher des Berliner Max-Del-brück-Centrums berichteten 2003 in Science, die Serotoninproduktion im Gehirn werde durch ein anderes Gen gesteuert, als die im übrigen Körper.

Synapsen,
Strukturen, über die Sinnes- und Nervenzellen (siehe Nervensystem) einen entstandenen Reiz weiterleiten. Die Synapse befindet sich am End­knopf des Axons einer Nerven­faser an der Grenze zur nächsten Nervenzelle oder zu einer Drüsen- ­oder Muskelzelle. Dieser Endknopf ist bläschenartig erweitert und ent­hält Neurotransmitter (z.B. Acetyl-cholin, Noradrenalin, Dopamin u. a.), die bei ankommender elek­trischer Erregung in den synap-tischen Spalt freigesetzt werden. Sie diffundieren zur postsynap-tischen Membran, die zur nächsten Zelle gehört und hemmen oder fördern dort die Erregungsweiterleitung.
Hirnstamm

Struktur des Hirnstammes

Der hier farbig dargestellte Hirnstamm ist der unterste Teil des Gehirns.

Er dient als Übertragungsweg für Nachrichten zwischen Gehirn und Rückenmark und ist Sitz lebenswichtiger Funktionen wie Atmung, Blutdruck und Herzfrequenz.
Außerdem ist er für Reflexe, wie Augenbewegungen und Erbrechen zuständig.

Diese Erregungsübertra­gung ist bei Säugern mit ganz wenigen Ausnahmen stets eine che­mische, die nur in eine Richtung laufen kann, sie hat daher Ventil­funktion. Ohne die Synapsen ist eine geordnete Informationsüber­tragung nicht möglich. Im mensch­lichen Gehirn hat jede Nervenzelle im Durchschnitt 100 synaptische Kontakte zu anderen Nervenzellen. Wie Wissenschaftler der University of Illinois 1999 mitteilten, hatten Menschen mit einer an­spruchsvollen Berufslaufbahn im präfrontalen Cortex, der für kom­plizierte Denkprozesse genutzt wird, mehr Synapsen; untersucht worden waren Gewebeproben von Gehirnen 16 Verstorbener.

Unklar ist, ob die bessere Vernetzung eine Folge höherer Bildung ist, oder ob Personen mit höherer Synapsenzahl anspruchsvollere Berufe ge­wählt hatten. Im Jahr 2000 wurden drei Forscher mit dem Nobelpreis für Physiologie bzw. Medizin aus­gezeichnet, die sich alle mit der Erforschung physiologischer Pro­zesse im Bereich von Synapsen befaßt hatten: Der Schwede Arvid Carlsson hatte Ende der fünfziger Jahre entdeckt, daß der Neurotransmitter Dopamin bei der Parkinsonkrankheit stark vermin­dert ist. Der US-Amerikaner Paul Greengard hatte die Übertragung von Nervenimpulsen durch Dopa­min erforscht. Der US-Ameri­kaner österreichischer Abstam­mung Eric Kandel hatte an der Meeresschnecke Aplysia heraus­gefunden, daß sich beim Lernen die Anatomie von Nervenzellen im Bereich der Synapsen ändert.

In der modernen Gehirnforschung versucht man mit vielen verschie­denen Methoden, die Funktions­weise des Gehirns, aufzuklären. Man entfernt z. B. bei Versuchs­tieren einzelne Zellgruppen des Gehirns, um die Funktion des betreffenden Gehirnabschnitts zu ermitteln. Diese Methode hat den Nachteil, daß man den Schaden meist nicht wieder beheben kann. Bei der elektrischen oder chemi­schen Reizung behandelt man einen Gehirnbereich mit Strom oder einer geeigneten Substanz, um das Gewebe zu reizen und die Wirkung zu beobachten. In großem Umfang setzt man auch das EEG ein, um die Muster der im Gehirn auftre­tenden elektrischen Potentiale fest­zuhalten.

Mit Mikroelektroden kann man sogar die sehr schwachen elek­trischen Entladungen an einzelnen Neuronen messen. Beim Verfahren der Gehirnper­fusion stellt man mit Hilfe eines Schlauchsystems fest, ob an be­stimmten Stellen Neurotransmitter ausgeschüttet werden. Außerdem kann man das Gehirn auf diese Weise über längere Zeit hinweg mit Medikamenten behandeln. . . . daß sich Gehirnzellen im Lauf des gesamten Lebens erneuern können. Nachgewiesen wurde dies für den Hippocampus, der Gedächt­nisleistungen ermöglicht, und den für Riechleistungen zuständigen Bulbusolfactorius. Eine US-ameri­kanische Forscherin teilte 1999 in der Zeitschrift Science mit, Neurogenese (das Nachwachsen von Nervenzellen) finde auch in der Großhirnrinde erwachsener Java­neraffen statt. Dies wurde jedoch 2001 in derselben Zeitschrift von anderen amerikanischen Forschern bestritten: Die nachwachsenden Zellen seien keine Nervenzellen, sondern Oligodendrozyten (siehe Glia) und Epithelzellen.

Die Zeit­schrift Nature Neuroscience teilte 1999 mit, Streßhormone wie Corticoide seien durch ihren negativen Einfluß auf den Hippocampus für die im Alter abnehmende Merk­fähigkeit verantwortlich. Glia (griechisch glia: Leim, Kitt), bindegewebsähnliche Zellstruk­turen zwischen Nervenzellen und Blutgefäßen des Gehirns. Gliazellen machen fast 90% aller Gehirnzellen aus, sie erfüllen Stütz- und Versorgungsaufgaben, nach neueren Erkenntnissen dienen sie außerdem der Informationsverarbeitung im Gehirn. So helfen sie, Botenstoffe aus dem synaptischen Spalt zu entfernen, damit die nach geschaltete Nervenzelle nicht dauerhaft erregt wird. Man unterscheidet Makrogliazellen und Mikrogliazellen. Erstere unterteilt man in die sternförmigen Astrozyten, die Nervenzellen (Neuronen) mit Nährstoffen versorgen, sowie in Oligodendrozyten, die Myelin als isolierende Umhüllung der Nervenzellen produzieren. Mikrogliazellen vernichten vermutlich Fremdkörper und abgestorbene Hirnzellen.

Astrozyten haben vergleichbare Rezeptoren wie Neuronen; sie setzen als Reaktion auf Neurotransmitter wie Glutamat intrazellulär Calciumionen frei; der Anstieg der Calciumkonzentration wird (zumindest in Zellkulturen) von einer Zelle zur nächsten weitergeleitet. Wissenschaftler des Max-Delbrück- Centrums für Molekulare Medizin berichteten 2001 in der Zeitschrift Science, die Gliazellen des Gehirns produzierten Cholesterin, das zur Bildung neuer Synapsen gebraucht werde; aufgrund der Blut-Hirn- Schranke erhält das Gehirn kein mit der Nahrung aufgenommenes Cholesterin.

neueren Erkenntnissen dienen sie außerdem der Informationsverarbeitung im Gehirn. So helfen sie, Botenstoffe aus dem synaptischen Spalt zu entfernen, damit die nach geschaltete Nervenzelle nicht dauerhaft erregt wird. Man unterscheidet Makrogliazellen und Mikrogliazellen. Erstere unterteilt man in die sternförmigen Astrozyten, die Nervenzellen (Neuronen) mit Nährstoffen versorgen, sowie in Oligodendrozyten, die Myelin als isolierende Umhüllung der Nervenzellen produzieren. Mikrogliazellen vernichten vermutlich Fremdkörper und abgestorbene Hirnzellen. Astrozyten haben vergleichbare Rezeptoren wie Neuronen; sie setzen als Reaktion auf Neurotransmitter wie Glutamat intrazellulär Calciumionen frei; der Anstieg der Calciumkonzentration wird (zumindest in Zellkulturen) von einer Zelle zur nächsten weitergeleitet. Wissenschaftler des Max-Delbrück- Centrums für Molekulare Medizin berichteten 2001 in der Zeitschrift Science, die Gliazellen des Gehirns produzierten Cholesterin, das zur Bildung neuer Synapsen gebraucht werde; aufgrund der Blut-Hirn- Schranke erhält das Gehirn kein mit der Nahrung aufgenommenes Cholesterin.