2023 Autor: Bryan Walter | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2023-05-24 23:09
Die Expressionszone von lichtempfindlichen Markern - Kanalrhodopsinen - im Gehirn von am Experiment teilnehmenden Ratten
Laut einem in der Zeitschrift eLife veröffentlichten Studienbericht haben Forscher der Stanford University gelernt, Ratten aus der Bewusstlosigkeit hervorzurufen und zu vertreiben, indem sie auf dieselbe Gruppe von Neuronen abzielen. Die Pressemitteilung ist auf der EurekAlert!-Website verfügbar. Dies hat den Forschern zufolge das Verständnis der Regulation von Schlaf und Wachheit deutlich verbessert.
Im Zuge der Arbeit verwendeten Wissenschaftler unter der Leitung von Associate Professor Chin Hyun Lee einen optogenetischen Ansatz, um die Arbeit von thalamischen Neuronen zu untersuchen. Der Thalamus ist ein Teil des Gehirns, der Signale von den Sinnen zum Kortex leitet. Er beteiligt sich an der Regulierung von Schlaf und Wachheit, Aufmerksamkeit und Gedächtnis. Die optogenetische Methode besteht darin, für Forscher interessante Zellen (in diesem Fall Neuronen) genetisch so zu verändern, dass sie lichtempfindliche Ionenkanäle exprimieren. Aus diesem Grund nehmen die Zellen die Laserstimulation wahr, und Wissenschaftler haben ein Werkzeug, um sie zu kontrollieren.
Die Laseranregung von Neuronen im zentralen Thalamus schlafender Mäuse mit einer Frequenz von 40 bis 100 Pulsen pro Sekunde bewirkte ein sofortiges Aufwachen der Tiere. Die Exposition gegenüber denselben Neuronen mit einer niedrigeren Frequenz - 10 Impulse pro Sekunde - verursachte einen Tiefschlaf, dem eine Bewusstseinsstörung vorausging, die einer Abwesenheit ähnelt (eine Form von epileptischen Anfällen, bei denen der Patient mit offenen Augen erstarrt und nicht auf äußere Reize reagiert)).
Funktionelle MRT und Elektroenzephalogramm während der Laserstimulation zeigten, dass in Abhängigkeit von der Pulsfrequenz der Thalamusneuronen die ihnen zugeordneten Hirnregionen (insbesondere der somatosensorische Kortex) erregt oder umgekehrt gehemmt wurden. Die Tatsache, dass dieselben Neuronen, die Impulse unterschiedlicher Frequenzen aussenden, in anderen Teilen des Gehirns entgegengesetzte Reaktionen hervorrufen, sah sehr ungewöhnlich aus.
Weitere Experimente zeigten, dass ein ähnlicher Effekt mit dem ungewöhnlichen Feuern hemmender Neuronen in der Gehirnregion neben dem Thalamus - einer unbestimmten Schicht (Zona incerta) des Subthalamus - verbunden sein kann. Bei niederfrequenter Stimulation senden diese Neuronen hemmende Signale an andere Teile des Gehirns, was bei hochfrequenter Stimulation nicht beobachtet wird. Als die Forscher Neuronen einer unbestimmten Schicht blockierten, unterdrückte die niederfrequente Stimulation des Thalamus den sensorischen Kortex nicht, sondern stimulierte ihn im Gegenteil.
„Wir haben herausgefunden, wie Verbindungen im Gehirn Schlaf und Wachheit regulieren können. Wir hoffen, dass diese Daten dazu beitragen werden, die Behandlung von Hirnverletzungen und anderen neurologischen Störungen zu verbessern “, schloss Li.
