Wissen
16.03.2018

Das Gehirn ist noch effizienter als gedacht

Für die Unterscheidung von Erfahrungen nötige Hirnzellen haben eine sehr gut abgestimmte Weiterleitung von Nervenimpulsen. Sie brauchen dadurch weniger Energie als gedacht

Das Hirn muss oft rasch zwischen ähnlichen Erfahrungen unterscheiden - zum Beispiel ob ein Hund schwanzwedelnd freundlich oder mit aufgestelltem Nackenhaar und gefletschten Zähnen herankommt. Die dafür nötigen Gehirnzellen arbeiten bei aller Geschwindigkeit viel energieeffizienter als gedacht, berichten Forscher des Institute of Science and Technology (IST) Austria im Fachjournal Neuron.

Ein Team um Peter Jonas und Hua Hu vom IST Austria in Klosterneuburg (NÖ) untersuchte in Hirnschnitten, wie die Nervenimpulse (Aktionspotenziale) entlang der Nervenzellfortsätze (Axone) bei speziellen Nervenzellen (Parvalbumin exprimierende GABAerge Interneuronen) weitergeleitet werden. Diese Gehirnzellen sind wichtig für die "Mustertrennung", durch die man zwischen ähnlichen Erfahrungen unterscheiden kann, erklären die Forscher.

Sie entdeckten, dass die Energie für ihre Aktionspotenziale nur eineinhalb Mal so groß wie das theoretisch berechnete Minimum ist. Sie arbeiten demnach äußerst ökonomisch.

Bisher galten die schnellen, kurzen Aktionspotenziale dieser Nervenzellen als sehr energieaufwendig, so die Forscher. Man habe nämlich angenommen, dass sich die unterschiedlichen Ionenströme, die für die Signalweiterleitung nötig sind, in die Quere kommen. Doch die Kanäle, durch die jene Ionen strömen, sind sehr gut aufeinander abgestimmt.

Zuerst öffnen sich die Kanäle für Natrium-Ionen (Na-plus). Sie werden sehr bald wieder geschlossen, während die Kanäle für Kalium-Ionen (K-plus) erst mit Verzögerung aktiviert werden. "Diese komplementäre Steuerung minimiert die Überlappung der Na-plus- und K-plus-Ströme während kurzer Aktionspotenziale und optimiert die Signalübertragung, so dass sie sowohl schnell als auch energieeffizient ist", erklären sie in einer Aussendung.