Thalamus reguliert die Anpassungsfähigkeit des erwachsenen Gehirns

Das Erlernen neuer Dinge erfordert eine enorme Kapazität unseres Gehirns. Die Anpassung unseres Gehirns an neue Erfahrungen nennt man Plastizität. Es gibt Phasen während unserer Entwicklung, in denen neuronale Netze eine große Plastizität aufweisen, sogenannte kritische Phasen. Aber auch das erwachsene Gehirn ist anpassungsfähig. Wo diese Plastizität im erwachsenen Gehirn stattfindet, ist nicht genau geklärt.

Um mehr Einblick in diese Frage zu gewinnen, untersuchten Yi Qin und seine Kollegen unter der Leitung von Christiaan Levelt das visuelle System von Mäusen. Aufgrund seiner einfachen Handhabung ist dies ein beliebtes Modell zur Untersuchung der Plastizität. Visuelle Informationen gelangen über die Netzhaut zum Thalamus. Dieser Gehirnkern leitet dann verarbeitete Informationen an den visuellen Kortex und umgekehrt weiter. Ein Experiment an Mäusen kann deutlich zeigen, wie gut sich das erwachsene Gehirn anpassen kann. Wenn ein Auge der Maus mehrere Tage lang verschlossen ist, reagiert der visuelle Kortex weniger effektiv auf das geschlossene Auge und besser auf das offene Auge. Wie dies genau geregelt ist, war lange Zeit unklar. Doch diese neuen Ergebnisse rücken einen wichtigen Akteur in den Vordergrund: den Thalamus.

Neue Perspektive

Christiaan Levelt: „Vor fünf Jahren haben wir entdeckt, dass der Thalamus in kritischen Phasen der Entwicklung eine entscheidende Rolle bei der Plastizität des visuellen Kortex spielt. Dies hat unsere Sicht auf die Funktionsweise dieses gesamten Systems verändert. Wir alle dachten, dass dieser Prozess reguliert sei.“ durch den visuellen Kortex, aber es stellte sich heraus, dass es nicht die ganze Geschichte war. Wir fanden es heraus, indem wir eine ganz bestimmte Komponente, die GABA-alpha-1-Untereinheit, im Thalamus von Mäusen während ihrer kritischen Phase für das Sehen entfernten. Diese Komponente ist dafür verantwortlich Hemmung des Thalamus, daher führte seine Entfernung zu einer verringerten Hemmung. Als wir bei diesen Mäusen ein Auge schlossen, trat die Verschiebung der Reaktionen nicht mehr auf. Da das erwachsene Gehirn andere Plastizitätsmechanismen verwendet als das sich entwickelnde Gehirn, war eine wichtige Frage, ob die Anpassung im Am visuellen System des Erwachsenen war auch der Thalamus beteiligt.

Yi Qin: „In der aktuellen Studie haben wir das gleiche Experiment an erwachsenen Mäusen durchgeführt und ähnliche Ergebnisse beobachtet. Wir beobachteten, dass Plastizität auch im erwachsenen Thalamus stattfand, aber verschwand, als wir die Alpha-1-Untereinheit entfernten. Folglich gab es keine.“ Auch eine Verschiebung im Kortex ist länger. Da wir wissen, dass der visuelle Kortex auch Informationen über einen Feedback-Mechanismus an den Thalamus zurücksendet, waren wir neugierig, ob der visuelle Kortex auch eine Rolle bei der Plastizität des Thalamus spielt. Wir haben dies untersucht, indem wir die umkehrten Experiment und Abschalten des visuellen Kortex. Was passiert dann mit der Verschiebung der Reaktionen im Thalamus? Bei erwachsenen Tieren sahen wir keinen Unterschied: Die Verschiebung blieb bestehen. Bei Tieren während ihrer kritischen Phase konnten wir dies jedoch beobachten, als wir uns schlossen Nach unten im visuellen Kortex kehrte sich die Verschiebung im Thalamus zurück. In jungen Jahren beeinflussen sich also die Plastizität im Thalamus und im Kortex viel stärker gegenseitig, während im erwachsenen Gehirn der Thalamus für die Plastizität im Kortex besonders wichtig ist, dies jedoch nicht umgekehrt."

An vielen Prozessen beteiligt

Levelt fährt fort: „Plastizität ist in vielen Prozessen wichtig. Wir konzentrieren uns derzeit auf sensorische Plastizität (Sehen), aber Plastizität ist auch grundlegend für das Gedächtnis und andere Funktionen. Diese neuen Erkenntnisse könnten beispielsweise für das Verständnis von Lernbehinderungen relevant sein.“ Das ist es Möglicherweise liegt der Ursprung dieser Probleme im Thalamus und nicht im Kortex. Daher ist ein anderer Ansatz erforderlich. Anstatt nur den Kortex zu betrachten, sollten wir auch den Thalamus berücksichtigen, wenn es um Therapien und die Pathogenese dieser Probleme geht. Das ist eine wichtige neue Interpretation.“

Qin: „Selbst im Falle einer Sehschwäche geht man davon aus, dass es sich um ein Problem der Großhirnrinde handelt, aber es könnte auch den Thalamus betreffen. In Europa testen wir bereits in jungen Jahren auf das Vorhandensein einer Sehschwäche. Diese Erkrankung kann auftreten.“ Dies wird in der kritischen Phase durch vorübergehendes Flicken des „guten Auges“ korrigiert, wodurch die Verbindung zum schwächeren Auge gestärkt wird. In den USA beispielsweise wird dies in jungen Jahren nicht routinemäßig überprüft, was dazu führt, dass mehr Menschen bis ins Erwachsenenalter ein träges Auge tragen . Da die kritische Phase für sie bereits vorüber ist, wird es schwieriger, diese Personen zu behandeln. Unsere Studie liefert einen Hinweis darauf, dass wir über den Cortex hinausblicken müssen, was als Orientierung für eine neue Behandlungsstrategie dienen kann.“