Forscher überrascht: Spiegelneuronen ohne Aktivitätsverminderung bei Reizwiederholung

2. März 2013, 17:53
3 Postings

Frühere Experimente zeigten, dass auch die für zielgerichtete Handlungen wichtigen Nervenzellen ihr Entladungsmuster adaptieren

Nervenzellen reagieren auf die häufige Wiederholung ein und desselben Reizes mit einer verminderten Aktivität, bisher ging man davon aus, dass sich Spiegelneurone, die für das Verständnis von Handlungen verantwortlich gemacht werden, ebenso verhalten. Ein Irrtum, wie deutsche Wissenschafter nun überrascht feststellen mussten: diese Nervenzellen vermindern ihr Antwortverhalten nicht.

Die Studienergebnisse machen es nun notwendig, auf genau dieser Annahme beruhende, bereits durchgeführte Neuro-Imaging-Studien neu zu interpretieren. Verblüffenderweise hatten diese Studien eine Adaptation gezeigt. Für diese scheinbar im Widerspruch stehenden Ergebnisse, haben die Forscher des Hertie-Instituts für klinische Hirnforschung (HIH) und des Centrums für Integrative Neurowissenschaften (CIN) der Universität Tübingen eine Erklärung gefunden.

Spiegelneurone steuern zielgerichtete Handlungen

Spiegelneurone sind, wie alle anderen Nervenzellen auch, erregbar und können diese Erregung an andere Nervenzellen weitergeben. Das geschieht mit Hilfe von elektrischen Impulsen. Sie "feuern" bis zu mehrere Hundert Mal pro Sekunde. Dieses "Feuern" ist direkt mit einer Elektrode messbar. Bereits in der Vergangenheit hatten Forscher herausgefunden, dass Spiegelneurone Handbewegungen steuern, die auf ein bestimmtes Ziel hin, wie zum Beispiel ein Stück Apfel, ausgerichtet sind. Das Besondere der Spiegelneurone liegt jedoch darin, dass sie gleichermaßen aktiv sind, wenn solche zielgerichteten Handlungen nur beobachtet werden. Dadurch könnten sie eine entscheidende Rolle für das Verständnis der Handlungen anderer Menschen spielen.

"Überraschenderweise zeigte sich nun jedoch, dass zwei Drittel der Spiegelneurone ihr Entladungsmuster nicht, wie bisher angenommen, adaptieren" sagt Jörn Pomper, Wissenschafter am Hertie-Institut für klinische Hirnforschung (HIH) und der Universität Tübingen. Studien, die mit der funktionellen Magnetresonanztomografie (fMRT) durchgeführt wurden, hatten das Gegenteil erwarten lassen: hier hatte sich eine Anpassung der Aktivität gezeigt, das heißt sie nahm bei der Wiederholung desselben Reizes ab.

Die mittels fMRT gemessene Aktivität misst nur indirekt das "Feuern" von Nervenzellen. Sie bestimmt lediglich Änderungen im Blutfluss über den Sauerstoffgehalt der roten Blutkörperchen. Experten sprechen dann von einem BOLD-Effekt. Dieser wird durch den Energiebedarf aktiver Nervenzellen hervorgerufen. Dazu tragen auch Eingangssignale, bestimmte Verarbeitungsschritte in den Zellfortsätzen (Dendriten) und Zellkörpern von Nervenzellen sowie die Aktivität von Gliazellen, ein weiterer Bestandteil des Nervensystems bei.

BOLD-Adaptation hat andere Gründe

"Folglich lassen sich keine Rückschlüsse über das Verhalten einzelner Zellen aus BOLD-Signalen ziehen", sagt Vittorio Caggiano, bislang Wissenschafter am Hertie-Institut für klinische Hirnforschung und dem Centrum für Integrative Neurowissenschaften (CIN) der Universität Tübingen. Die bisherige Annahme hatte darin bestanden, dass der experimentell beobachteten Verminderung des BOLD-Effektes, wenn die gleiche Handlung zunächst ausgeführt und danach beobachtet wird, eine Adaptation von Nervenzellen zugrunde liegt. Aufgrund der aktuellen Studienergebnisse kann die bisherige Interpretation der BOLD-Adaptation nicht aufrechterhalten werden, schreiben die Autoren in der im Fachjournal "Nature Communications" erschienen Studie.

Nur wie erklärt sich dann die BOLD-Adaptation? Eine Antwort darauf können die Forscher anhand der zusätzlich erhobenen lokalen Feldpotentiale (LFP) des Gehirns geben: Diese zeigen tatsächlich die erwartete Adaptation und könnten damit die Daten aus der funktionellen MRT erklären. Bei allen Nervenzellen verläuft die Signal-Übertragung über Eingangs- und gegebenenfalls Ausgangsignale, sogenannte Aktionspotentiale. Wird ein Eingangssignal in ein Ausgangssignal übertragen, führt das zur Ausschüttung von Neurotransmittern. Diese wiederum regen als Übertragungssignal die nächsten Nervenzellen an. Lokale Feldpotentiale sind, so die Vermutung der Forscher, Ausdruck von Eingangssignalen aus anderen Hirnarealen und ihrer lokalen Verarbeitung. (red, derStandard.at, 2.3.2013)

Share if you care.