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StartseiteForschung aktuellSignalfilterung in Nervenbahnen23.01.2014

SinnesorganeSignalfilterung in Nervenbahnen

Neurowissenschaften. - Jeder gesunde Mensch filtert aus den Reizen, die er wahrnimmt, die wichtigen heraus und vernachlässigt die nebensächlichen. Dazu gehört auch, dass die Empfindlichkeit für Geräusche steigt, wenn zum Beispiel nur ein Vogel leise zwitschert, und sinkt, wenn ein Vorschlaghammer zu hören ist. Wenn Forscher klären könnten, wie das Gehirn diese Aufgabe löst, könnte das unter anderem bei der Behandlung Autismus-kranker Menschen helfen.

Von Katrin Zöfel

Die Aktivität eines einzelnen Neurons wird mit Markern sichtbar gemacht. (Universität Magdeburg)
Sinneszellen sorgen selbst für die Anpassung der Reizschwelle. (Universität Magdeburg)

Die Amerikanerin Temple Grandin ist Autistin. Trotzdem hat sie es geschafft, zu studieren und schließlich eine Doktorarbeit über tierfreundliche Stallanlagen für Kühe zu schreiben. Ihr Autismus hat ihr, sagt sie, geholfen, zu verstehen, wie sich die Tiere wohl fühlen mögen. Ihre eigenen Erfahrungen beschreibt sie in ihrer Autobiografie.

Ich entzog mich als Kind, wenn mich jemand umarmen wollte. Eine Berührung war für mich wie eine unkontrollierbare Welle aus Reizen, die meinen Körper überflutete. Und mein Gehör war wie eine Stereoanlage, die immer auf maximale Lautstärke eingestellt war. Ich konnte, was an Geräuschen und Tönen auf mich einströmte, nicht richtig regulieren.
(Temple Grandin: "My Experience with Visual Thinking, Sensory Problems and Communication Difficulties, 1996)

Die Neurobiologin Rachel Wilson zitiert diese Passagen aus Temple Grandins Autobiografie gerne, um klar zu machen, wie autistische Menschen die Welt oft erleben, und sie umreißt damit die Fragen, die sie beschäftigen.

"Wir wissen nicht viel darüber, wie das Gehirn steuert, wie stark wir Reize wahrnehmen."

Beispiel Hören: Zwischen dem leisesten Geräusch, das wir gerade noch wahrnehmen können, und sehr lauten Geräuschen liegen Welten, was die Lautstärke angeht. Kaum vorstellbar, dass beide Extreme über dieselben Signalketten akkurat wahrgenommen und ans Gehirn weitergemeldet werden können. Es muss eine Art automatische Anpassung geben. Rachel Wilson und ihre Kollegen an der Harvard Medical School in Boston vermuteten, das Gehirn könnte dafür ähnliche Schaltkreise nutzen wie ein Thermostat. Also eine Art negatives Feedback.

"So wie ein Thermostat die Temperatur in einem Haus reguliert. Gibt der Temperaturfühler die Meldung "es ist warm genug", dann wird die Heizung runtergeschaltet."

Übertragen auf die Sinneswahrnehmung würde das heißen: Bei lauten Geräuschen müsste das Gehirn den Sinnesorganen signalisieren, dass sie ihre Empfindlichkeit reduzieren sollen. Rachel Wilson versuchte, ihre Hypothese am Geruchssinn von Fruchtfliegen zu überprüfen. Denn bei diesen Tieren sind schon viele Details über neuronale Schaltkreise und Signalverarbeitung bekannt. Die Forscher klemmten also lebende Fruchtfliegen im Fokus ihrer Mikroskope fest, setzten die Tiere bestimmten Gerüchen aus und zeichneten die Aktivität einzelner Sinnes- und Nervenzellen auf.

"Wir haben etwas ganz anderes gefunden, als wir erwartet hatten. Gerüche werden immer von mehreren Sinneszellen gleichzeitig wahrgenommen. Die geben ihre Signale dann weiter an Nervenzellen, die diese Richtung Hirn leiten. Was wir sehen konnten, war, dass sich diese Nervenzellen schon auf dem Weg zum Hirn untereinander austauschen."

Das sei in etwa so, als würden Nachbarn untereinander vereinbaren, dass sie sich Bescheid sagen, wenn der Bofrost-Lieferant die Straße heruntergefahren kommt. Der, der den Wagen zuerst kommen hört, läuft zu den anderen und macht sie aufmerksam. Die machen ihre Fenster auf oder kommen gleich vor das Haus und können so den Wagen selbst kommen hören. Umgekehrt warnen sich die Nachbarn vor Lärm, und alle machen ihre Fenster und Türen zu. Die Regulierung von Sinnesreizen – und damit die Kontrolle der Aufmerksamkeit – geschieht im Fliegenhirn also nicht zentral sondern in der Peripherie. Und was für die Fliege gelte, lasse sich vermutlich auf andere Lebewesen übertragen, ganz sicher jedenfalls auf Zebrafische.

"Kollegen haben genau denselben Mechanismus gerade in Zebrafischen nachgewiesen."

Das menschliche Gehirn und die Art, wie es Sinneseindrücke verarbeitet, ist ungleich komplexer. Doch dass die Bausteine, aus denen die verschiedenen Systeme zusammengesetzt sind, sich ähneln, das ist zumindest möglich. Es könnte sich also lohnen, zu prüfen, ob das, was die Forscher in Boston über Fliegen herausgefunden haben, auch für den Menschen gilt.

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