Die Komplexität unseres Nervensystems ist bekannt. Auch die Grundprinzipien seiner Wirkungsweise sind bekannt: die Übertragung elektrischer Signale, die an den Dendriten einer Nervenzelle ankommen, durch ihren Körper zum Axon – und zur nächsten Zelle. Dies ist jedoch nicht immer der Fall.
Laut einer kürzlich durchgeführten Studie kann sich das Signal in einigen Fällen in die entgegengesetzte Richtung ausbreiten, indem es vom Axon ausgeht und sich dann zum Körper des Neurons bewegt. Die "ketzerische" Tatsache der direkten Wechselwirkung von Axonen untereinander ohne Beteiligung von Dendriten wird ebenfalls gezeigt. Diese Interaktion ist viel langsamer als in der klassischen Version, kann aber für eine Reihe langsamer Reaktionen des Nervensystems verantwortlich sein.
Unsere Arbeit enthüllt eine Reihe grundlegender Punkte in der Arbeit von Neuronen, im Gegensatz zu dem, was in jedem Lehrbuch zu lesen ist - sagt der Leiter des Forschungsteams Nelson Spruston (Nelson Spruston), - Das Signal kann übertragen werden vom Ende des Axons zum Zellkörper, entgegen der normalen Richtung.“
Alles begann damit, dass Wissenschaftler feststellten, dass ein einzelnes Neuron aktiviert werden kann, auch wenn kein Reiz auf seine Dendriten oder den Zellkörper einwirkt. Sie zeigten, dass Neuronen in der Lage sind, stimulierende Aktionspotentiale (schwache und kurzzeitige Änderungen des Potentials auf der leitfähigen Membran der Zelle) für bis zu 1 oder sogar 2 Minuten zu speichern und zu akkumulieren - was für Zellen, die pünktlich funktionieren, ziemlich bedeutsam ist Intervalle von Millisekunden bis höchstens einer Sekunde. Wenn schließlich eine bestimmte Schwelle erreicht ist, sendet die Zelle eine lange Reihe von Signalen aus und leitet das Potential das Axon hinunter. Sie braucht jetzt keine Anreize.
Dieser Prozess wurde von Sprastone und Kollegen beobachtet, die alle 10 Sekunden einzelne Neuronen für 1-2 Minuten stimulierten. Am Ende gab die Zelle erwartungsgemäß ein Signal von sich – und das auch ohne zusätzliche Stimulation noch eine Minute lang. „Ein solches ‚zelluläres Gedächtnis‘war bisher nicht bekannt“, sagt der Wissenschaftler, „es stellt sich heraus, dass das Neuron auf das reagiert, was ihm in der Vergangenheit passiert ist, etwa eine Minute zuvor.“
Die Autoren zeigten, dass sich dieses „Gedächtnis“des Aktionspotentials gerade im Axon, in merklicher Entfernung vom Zellkörper, fast ganz am Ende des Prozesses ansammelt. Dann gingen sie weiter zu Experimenten an Gruppen von Neuronen – und entdeckten eine noch erstaunlichere Überraschung, die direkte Wechselwirkung von Axonen untereinander. Es stellte sich heraus, dass, wenn sich das oben beschriebene „zelluläre Gedächtnis“im Axon eines Neurons in Form einer Aktivität manifestiert, die nach Abschluss der Stimulation fortgesetzt wird, dieselbe Aktivität in einem anderen Neuron aufgezeichnet wird, auf das anfänglich kein Reiz ausgeübt wurde, und die überhaupt nicht mit ihren ersten Dendriten oder Zellkörpern verbunden war.
„Axone interagieren direkt miteinander“, staunt Spraston, „obwohl überhaupt nicht klar ist, wie sie das tun. Wir müssen auch herausfinden, wie verbreitet dieser Mechanismus ist. Entweder ist dies ein seltener Unfall, oder er kommt häufig vor – wir glauben jedoch nicht daran. Höchstwahrscheinlich ist dies ein neuer Mechanismus, und jetzt bleibt abzuwarten, wie er im gesamten Nervensystem implementiert ist, unter welchen Bedingungen und wie er sich manifestiert.
Siehe auch: "Gehirn in vitro".
Pressemitteilung der Northwestern University
