Das Gehirn verändert sich ständig, um den neuronalen Verkehr flüssiger zu machen

Die Fluglotsen überwachen in Echtzeit die Bewegungen von Tausenden von Flügen zu Zielen, die so unterschiedlich sind wie die verwendeten Flugzeugtypen und die transportierten Ladungen. Um Ankünfte und Abflüge richtig zu koordinieren, muss die Flugzeuggeschwindigkeit ständig angepasst werden. Ohne diese ständige Kontrolle würde sich nach klaren Navigationsregeln das Chaos im Luftraum niederlassen und die gesamte Kette würde gestört.

Meine Forschungen in Neurophysiologie und Neurowissenschaften haben mir gezeigt, inwieweit unser Gehirn ein reiches und komplexes biologisches System ist. Jeden Tag sieht er sich der gleichen Situation wie ein Fluglotse gegenüber, jedoch in einem ganz anderen Maßstab: Er muss den unaufhörlichen Verkehr von Signalen zwischen Milliarden von Neuronen verwalten und deren Tempo koordinieren, und dies ständig. Wie ist das ? Mal schauen…

Der Großteil des Volumens unseres Gehirns wird von Kabeln besetzt. Diese Kabel, Axone genannt, bilden ein komplexes Netzwerk, das als weiße Substanz bezeichnet wird. Wie ein Labyrinth von Flugrouten, die mehrere Städte auf der ganzen Welt verbinden, verwaltet die weiße Substanz die Kommunikation und Koordination zwischen den verschiedenen Bereichen, in denen Populationen von Neuronen Informationen verarbeiten. Diese Bereiche befinden sich an verschiedenen Stellen des Gehirns, manchmal nahe beieinander, manchmal weit entfernt – dies ist das Prinzip der verteilten Analysis.

Je schneller desto besser!

Die Kontrolle des Verkehrs im Gehirn ist daher unerlässlich: Je schneller Informationen durch das Gehirn gelangen, desto effizienter arbeiten die verschiedenen Bereiche des Gehirns zusammen (oder werden zusammenarbeiten), um das ordnungsgemäße Funktionieren des Gedächtnisses und anderer Aspekte der Wahrnehmung zu ermöglichen.

Um diesen unaufhörlichen Verkehr aufrechtzuerhalten, fungieren ganz spezielle Zellen, die Oligodendrozyten, als Kontrolleure, indem sie die Axone in eine Substanz namens Myelin einhüllen. Dieses Myelin ist ein Isolator, der auf Lipiden (oder Fett) einer charakteristischen blassen Farbe basiert, daher der Name weiße Substanz. Es ermöglicht elektrischen Signalen von Neuronen, lange Strecken zurückzulegen, ohne sich zu verlangsamen oder an Intensität zu verlieren. Myelin bietet jedoch auch einen Vorteil für die Informationen, die durch die weiße Substanz geleitet werden: Es ermöglicht, dass Signale pünktlich ankommen, weder zu früh noch zu spät.



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Wir wissen jetzt, dass sich die Geographie des Gehirns aufgrund seiner Plastizität ständig ändert. Gold neue Ergebnisse In den letzten Jahren veröffentlichte Studien haben gezeigt, dass sich weiße Substanz nicht nur während der Entwicklung, sondern auch adaptiv danach, beispielsweise während des Lernens, verändert.

Die Regeln des neuronalen Verkehrs

Während diese Art von Plastizität bisher hauptsächlich in den Synapsen der grauen Substanz beobachtet wurde, wurde nun gezeigt, dass sich die Struktur der weißen Substanz ständig anpasst und neu organisiert. Dank dieser Form der Plastizität, der so genannten adaptiven Myelinisierung, werden Struktur und Eigenschaften der weißen Substanz optimiert. Somit bleibt die Kommunikation zwischen Neuronen auch dann erhalten, wenn sich Größe, Aktivität und Verbindungen des Gehirns ändern. Tatsächlich können Oligodendrozyten daher die Myelinmenge anpassen, um die Ausbreitung von Signalen zu beschleunigen oder zu verlangsamen und die Stabilität des neuronalen Verkehrs aufrechtzuerhalten.

Aber wie und wie passen sich weiße Substanz und ihre Gliazellen an, um den neuronalen Verkehr zu stabilisieren und diese unglaubliche Koordinationsherausforderung zu bewältigen?



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Diese Frage ist, wie viele in Bezug auf Gliazellen, mit herkömmlichen bildgebenden Verfahren schwer zu beantworten, aber für ein besseres Verständnis neurodegenerativer Erkrankungen von größter Bedeutung. Lassen Sie uns zum Beispiel die Multiple Sklerose zitieren, die eine Ausdünnung des Myelins verursacht und eine systemische Desorganisation des Informationstransits im Gehirn bewirkt, wodurch tiefgreifende kognitive und motorische Störungen verursacht werden.

Koordinierte neuronale Aktivität

EIN Studie Neuere interdisziplinäre Forschungen liefern ein besseres Verständnis der Regeln, die die Kontrolle des neuronalen Verkehrs in der weißen Substanz regeln. Zum besseren Verständnis ist es wichtig zu betonen, dass die Aktivität von Neuronen – eine Reihe von Impulsen, die an Morsecode erinnern – nicht zufällig ist. Vielmehr neigen Neuronen dazu, sich in Gruppen zu aktivieren und zu synchronisieren, wodurch Wellen oder Oszillationen erzeugt werden, die allgemein als Gehirnrhythmen bekannt sind. Forscher glauben, dass verschiedene Bereiche des Gehirns in der Lage sein müssen, diese Rhythmen auszurichten und zu koordinieren, um miteinander zu kommunizieren.

Von neue Ergebnisse Dank der Bildgebungsdaten des Gehirns beim Menschen und in Kombination mit mathematischen Modellen wurde gezeigt, dass sich die weiße Substanz neu organisiert, um die Ausrichtung dieser Rhythmen zu optimieren. Dazu wird die Geschwindigkeit gesteuert, mit der sich diese Wellen durch die weiße Substanz ausbreiten, indem die Menge des vorhandenen Myelins angepasst wird.

Die Oligodendrozyten passen daher die Leitfähigkeit von Axonen an, damit sie effektiv auf eine sich ändernde Nachfrage nach neuronalem Verkehr reagieren und die Ausrichtung zwischen den in verschiedenen Teilen des Gehirns vorhandenen Schwingungen koordinieren können. Echte Fluglotsen!

Selbst wenn es krank ist, schafft es das Gehirn

Ein weiteres überraschendes Ergebnis: Die plastischen Eigenschaften der weißen Substanz scheinen es dem Gehirn auch zu ermöglichen, sich trotz Vorhandensein von Krankheiten oder Verletzungen anzupassen. In der Tat wurde gezeigt, dass weiße Substanz kann sich neu organisieren in Gegenwart von Schäden, um die Kommunikation und Synchronisation zwischen Neuronen zu erhalten, selbst wenn Verbindungen entweder fehlen oder beschädigt werden, beispielsweise in Gegenwart von Krebs.

Einige Erfahrungen Bei Tieren hat sich gezeigt, dass die Verhinderung der Anpassung von Gliazellen bei Vorliegen einer Verletzung die Erholung einschränkt und zusätzlich viele kognitive und Verhaltensprobleme verursacht.

Die Plastizität der weißen Substanz scheint daher ein Schlüsselelement für die Widerstandsfähigkeit des Gehirns zu sein und könnte daher eine interessante Option für die Entwicklung neuer Therapieansätze darstellen, insbesondere bei Opfern eines zerebrovaskulären Unfalls (Schlaganfall). Diese neuen Ergebnisse unterstreichen die Bedeutung von Gliazellen und die Plastizität der weißen Substanz für die Funktion und Flexibilität kognitiver Prozesse.

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