Temperaturschalter für negative Erinnerungen

Foto: Globus

Drei Nervenzellen reichen, um die
Verbindung zwischen einem negativen
Erlebnis und einem Geruch herzustellen;
©MPI für Neurobiologie / Tanimoto

Wissenschaftlern des Max-Planck-Instituts für Neurobiologie ist es nun gelungen, die Verknüpfung von Sinneseindrücken und Erfahrungen im Fruchtfliegenhirn zu studieren.

Eine Vermeidungsstrategie bewahrt uns davor, Schaden zu nehmen. Deshalb lernt ein Kind sehr schnell, die Finger vom heißen Herd zu lassen, wenn es sich einmal verbrannt hat. Dieses Prinzip ist so essenziell, dass selbst die einfachen Gehirne von Fruchtfliegen dazu in der Lage sind. Bietet man Fruchtfliegen zum Beispiel einen bestimmten Duft zusammen mit einem Stromimpuls an, so lernen die Tiere schon nach wenigen Versuchen diesen Duft zu meiden. Doch was passiert im Gehirn, wenn solch Reize wie ein Duft und ein Stromimpuls miteinander verbunden werden?

Am Modell der Fruchtfliege untersucht Forscher um Hiromu Tanimoto, was im Gehirn passiert, wenn die Tiere lernen etwas zu vermeiden. Warum die Fruchtfliege? Das hat zwei Gründe: Zum einen ist das Gehirn dieser Tiere mit knapp Hunderttausend Nervenzellen deutlich einfacher aufgebaut, als das menschliche Gehirn. In der Fruchtfliege ist es daher deutlich einfacher, die Zellen zu identifizieren, die für das Entstehen von Vermeidungsverhalten wichtig sind. Zum anderen gibt es für die Fruchtfliege eine große Bandbreite an genetischen Werkzeugen, mit denen zum Beispiel bestimmte Gehirnfunktionen gezielt aktiviert oder ausgeschaltet werden können.

Die Wissenschaftler wussten, dass die Verknüpfung von Geruch und Stromimpuls innerhalb des Pilzkörpers geschieht – einer Struktur mit rund 2000 Nervenzellen. Zudem ist bekannt, dass der Botenstoff Dopamin wichtig ist, damit die Fliegen lernen können, eine potenzielle Gefahr mit einem Geruch zu verknüpfen.

„Die Schwierigkeit bestand darin, dass wir wissen mussten, welche Nervenzellen Dopamin ausschütten, während die Fliegen herumrennen und lernen, einen Duft zu vermeiden“, fasst Tanimoto die Herausforderung zusammen. Genau das ist den Neurobiologen nun gelungen. Sie bauten einen "Temperaturschalter" in die Dopamin-ausschüttenden Nervenzellen ein, die mit den Zellen des Pilzkörpers in Kontakt stehen. „In der einen Gruppe von Fliegen führte das eingeschleuste Gen dazu, dass eine leichte Erhöhung der Raumtemperatur die Nervenzellen aktivierte, sodass diese Dopamin freisetzten; in einer zweiten Fliegengruppe führte ein anderes Gen dazu, dass die Temperaturerhöhung die Nervenzellen inaktivierte, egal welche Reize wir den Tieren anboten“, so Tanimoto. Auf diese Weise konnten die Wissenschaftler zeigen, dass drei Dopamin-ausschüttende Zellen aktiv sein müssen, damit ein wahrgenommener Duft mit einem negativen Erlebnis verknüpft wird. Die entscheidende Rolle dieser Zellen war eindeutig: Wurden die drei Nervenzellen über eine Temperaturerhöhung aktiviert während die Fliegen einen Duft wahrnahmen, so lernten die Tiere den Duft zu vermeiden – und das selbst dann, wenn der Stromimpuls als negative Beziehung zu dem Duft fehlte.


MEDICA.de; Quelle: Max-Planck-Institut für Neurobiologie