Bernstein Netzwerk Computational Neuroscience
  • Home
  • Netzwerk
    • Das Bernstein Netzwerk
    • Bernstein Zentren
      • Berlin
      • Freiburg
      • Göttingen
      • München
      • Tübingen
      • Heidelberg-Mannheim
    • Forschungsinfrastruktur
      • High Performance Simulation and Data Analysis
      • Forschungsdaten-Management
      • Wissenschaftskommunikation
      • Wissenschaftskoordination
    • Preise und Initiativen
      • Valentin Braitenberg Award
      • Brains for Brains Nachwuchspreis
      • Bernstein SmartSteps
    • Gremien des Netzwerks
    • Satzung
    • Mitgliedschaft
    • Historie
    • Spenden
    • Kontakt
  • Newsroom
    • Newsroom
    • Aktuelles
    • Meet the Scientist
    • Veranstaltungen
    • Ausschreibungen
    • Medienecho
    • Presse
    • Publikationen des Netzwerks
    • Bernstein Bulletin
  • Forschung und Lehre
    • Forschung und Lehre
    • Wissenschaftler:innen finden
    • Studienprogramme
      • Masterprogramme
      • Promotionsprogramme
    • Studienangebote
      • Bernstein Student Workshop Series 2023
      • Online Learning
      • Kurse für Fortgeschrittene
      • Praktika und Abschlussarbeiten
    • Ethos des Bernstein Netzwerks
  • Karriere
    • Karriere
    • Stellenangebote
    • Verstärken Sie unser Team
  • Bernstein Conference
    • Bernstein Conference
    • Call for Satellite Workshops
    • General Information
      • Tentative Schedule
      • Past Conferences
    • FAQ
  • DE
  • EN
  • Suche
  • Menü Menü
Sie sind hier: Startseite1 / Newsroom2 / Aktuelles3 / Auswachsen und wandern
Freiburg – 9. Oktober 2019

Auswachsen und wandern

Wie Wachstum und Migration von Nervenzellen die Architektur neuronaler Netzwerke beeinflussen

Mit simulierten Netzwerkmodellen und in-vitro-Experimenten untersuchten die Forschenden das Zusammenspiel von aktivitätsabhängigem Wachstum von Zellfortsätzen und die Wanderung von Nervenzellen. © Bernstein Center Freiburg

/BCF/ Die Nervenzellen im menschlichen Gehirn sind nicht zufällig angeordnet. Im Kortex, also der Großhirnrinde, bilden sie Gruppen stark vernetzter Neurone, so genannte Cluster. Diese wiederum stehen untereinander in schwächerem Kontakt. Diese modulare Vernetzungsstruktur, in der neuronale Cluster als spätere Funktionseinheiten angelegt werden, entsteht in einer frühen Phase der Entwicklung. Die zugrunde liegende Selbstorganisation wird von neuronaler Aktivität gesteuert – doch wie die Mechanismen im Detail funktionieren, ist bislang noch weitgehend unbekannt. Mit simulierten Netzwerkmodellen und in-vitro-Experimenten haben die Neurowissenschaftler Dr. Samora Okujeni und Prof. Dr. Ulrich Egert vom Bernstein Center der Universität Freiburg einen Beitrag zum Verständnis der Gehirnstruktur und ihrer Entwicklung vorgelegt: In ihrer Studie zeigen sie, dass das Zusammenspiel von aktivitätsabhängigem Wachstum von Zellfortsätzen und die Wanderung von Nervenzellen während der Entwicklung eines Netzwerkes in hohem Maß dessen späteren Grad an Modularität beeinflusst. Die Ergebnisse der Arbeit sind im Online-Fachjournal „eLife“ erschienen.

Neurone sind gesellige Zellen, die auf lange Sicht in Isolation absterben. Sie bilden deshalb während der Entwicklung Fortsätze – so genannte Neuriten – aus, um mit anderen Neuronen über synaptische Verbindungen zu kommunizieren. Sobald sie ausreichend oder zu viele synaptische Eingänge erhalten, hört das Wachstum der Neuriten auf, oder sie werden gekürzt. Dies verhindert, dass Neurone über längere Zeit zu stark aktiviert werden. Forscherinnen und Forscher gehen davon aus, dass neuronales Wachstum auf diese Weise kontrolliert wird, um ein Netzwerk auf einem bestimmten Aktivitätsniveau stabil zu halten. Um die Chancen für Vernetzung zu erhöhen, können Nervenzellen jedoch nicht nur Neuriten bilden, sondern auch in Richtung anderer Neuronen wandern. „Mit Computersimulationen belegen wir, dass das Wachstum von Neuriten und die Migration von Zellen beim Entstehen spezifischer Netzwerkarchitekturen interagieren“, sagt Okujeni. Dieses Zusammenspiel steuere das Verhältnis zwischen lokaler Vernetzung kurzer Reichweite und globaler Vernetzung langer Reichweite über Cluster hinweg und bestimme damit auch den Grad an Modularität im neuronalen Netzwerk. „Dies wiederum beeinflusst die spontane Aktivität von Nervennetzen und deren Ausbreitungsmuster.“ Diese Zusammenhänge könnten für die gesunde Entwicklung der Großhirnrinde entscheidend sein.

Die Ergebnisse aus der Simulation überprüften die Forscher auch experimentell. Sie untersuchten, wie Zellmigration, Neuritenwachstum und neuronale Aktivität in vitro interagieren. Dazu nutzten sie Nervenzellen aus der Großhirnrinde der Ratte, die auch in Zellkulturen derartige Netzwerkstrukturen ausbilden. Um den Einfluss von Zellmigration auf die Netzwerkentwicklung zu untersuchen, manipulierten die Forscher ein Enzym, das in Nervenzellen die Stabilität und den Umbau des Zellskeletts reguliert. Wie in den Simulationen verstärkte Zellmigration auch in vitro die modulare Vernetzung durch Clusterbildung.

Das Clustern förderte jedoch auch die Entstehung spontaner Aktivität und führte zu insgesamt höheren Aktivitätsniveaus. Dies stand zunächst im Gegensatz zu der Annahme, dass die Aktivität auf einem bestimmten Zielniveau bleibe. Die Forscher konnten diesen Widerspruch auflösen: „Die Aktionspotenzialaktivität steuert die Dynamik des Zellskeletts nicht direkt, sondern indirekt über einen Kalziumeinstrom, der die Balance zwischen Auf- und Abbauprozessen beeinflusst“, erläutert Okujeni. „Modularität erhöht zwar die Rate, mit der Aktionspotenziale generiert werden, reduziert aber gleichzeitig die Synchronisation des Netzwerkes, die wiederum den Kalziumeinstrom pro Aktionspotenzial bestimmt. Auf diese Weise stellt sich nach unseren Schätzungen für alle Netzwerkstrukturen ein ähnliches Zielniveau ein.“ (Text: Bernstein Center Freiburg)

 >> originale Pressemitteilung

Originalveröffentlichung

Okujeni, S., Egert, U. (2019). Self-organization of modular network architecture by activity-dependent neuronal migration and outgrowth. Elife 8. DOI: 10.7554/eLife.47996

Weiterführende Verlinkungen

Video über Samora Okujenis Forschung

> mehr

Auswachsen und wandern

9. Dezember 2020/in /von Alexandra Stein

Kontakt Aktuelles

Kontakt

Dr. Samora Okujeni

Bernstein Center Freiburg

+49 761 203-7523
samora.okujeni@imtek.uni-freiburg.de

Bernstein Netzwerk Computational Neuroscience Logo

Mitglied werden
Satzung
Spenden
Newsletter abonnieren

 

Folgen Sie uns

Mastodon
© 2023 Bernstein Netzwerk Computational Neuroscience
  • Kontakt
  • Impressum
  • Datenschutz
Nach oben scrollen
Cookie-Zustimmung verwalten
Wir verwenden Cookies, um unsere Website und unseren Service zu optimieren.
Funktional Immer aktiv
Der Zugriff oder die technische Speicherung ist unbedingt für den rechtmäßigen Zweck erforderlich, um die Nutzung eines bestimmten Dienstes zu ermöglichen, der vom Abonnenten oder Nutzer ausdrücklich angefordert wurde, oder für den alleinigen Zweck der Übertragung einer Nachricht über ein elektronisches Kommunikationsnetz.
Vorlieben
Die technische Speicherung oder der Zugriff ist für den rechtmäßigen Zweck der Speicherung von Voreinstellungen erforderlich, die nicht vom Abonnenten oder Nutzer beantragt wurden.
Statistiken
Die technische Speicherung oder der Zugriff, der ausschließlich zu statistischen Zwecken erfolgt. Die technische Speicherung oder der Zugriff, der ausschließlich zu anonymen statistischen Zwecken verwendet wird. Ohne eine Aufforderung, die freiwillige Zustimmung Ihres Internetdienstanbieters oder zusätzliche Aufzeichnungen von Dritten können die zu diesem Zweck gespeicherten oder abgerufenen Informationen allein in der Regel nicht zu Ihrer Identifizierung verwendet werden.
Marketing
Die technische Speicherung oder der Zugriff ist erforderlich, um Nutzerprofile zu erstellen, um Werbung zu versenden oder um den Nutzer auf einer Website oder über mehrere Websites hinweg zu ähnlichen Marketingzwecken zu verfolgen.
Optionen verwalten Dienste verwalten Anbieter verwalten Lesen Sie mehr über diese Zwecke
Einstellungen
{title} {title} {title}