(Mark Miller/Flickr/CC BY-ND 2.0) Wissenschaftler glauben, eine bisher unbekannte Form der neuronalen Kommunikation identifiziert zu haben, die sich selbst über das Gehirngewebe ausbreitet und drahtlos von Neuronen in einem Abschnitt des Gehirngewebes zu einem anderen springen kann – selbst wenn sie chirurgisch durchtrennt wurden.
Die im Februar 2019 gemachte Entdeckung bietet einige radikal neue Erkenntnisse darüber, wie Neuronen möglicherweise über einen mysteriösen Prozess miteinander kommunizieren, der nichts mit herkömmlich verstandenen Mechanismen zu tun hat, wie z synaptische Übertragung , axonaler Transport , Und Gap-Junction-Verbindungen .
„Wir wissen noch nicht das ‚Na und?‘ Teil dieser Entdeckung ganz und gar“, sagte Der neurale und biomedizinische Ingenieur Dominique Durand von der Case Western Reserve University im letzten Jahr.
„Aber wir wissen, dass dies eine völlig neue Form der Kommunikation im Gehirn zu sein scheint, deshalb sind wir sehr gespannt darauf.“
Schon vorher wussten Wissenschaftler, dass es bei der neuronalen Kommunikation um mehr geht als um die oben genannten, im Detail untersuchten Zusammenhänge, etwa die synaptische Übertragung.
Forscher wissen beispielsweise seit Jahrzehnten, dass das Gehirn langsame Wellen neuronaler Oszillationen aufweist, deren Zweck wir nicht verstehen, die aber im Kortex und Hippocampus auftreten, wenn wir schlafen, und daher vermutlich eine Rolle bei der Gedächtniskonsolidierung spielen.
„Die funktionale Relevanz dieses von Eingang und Ausgang entkoppelten langsamen Netzwerkrhythmus bleibt ein Rätsel“, erklärte der Neurowissenschaftler Clayton Dickinson von der University of Alberta, der nicht an der neuen Forschung beteiligt war, sie aber in einem diskutiert hat Perspektivischer Artikel .
„Aber [es ist] wahrscheinlich eine Lösung, die durch die Aufklärung sowohl der zellulären als auch der interzellulären Mechanismen gelöst werden kann, die überhaupt dazu geführt haben.“
Zu diesem Zweck untersuchten Durand und sein Team langsame periodische Aktivitäten in vitro , Untersuchung der Gehirnwellen in Hippocampusschnitten, die von enthaupteten Mäusen entnommen wurden.
Sie fanden heraus, dass langsame periodische Aktivität elektrische Felder erzeugen kann, die wiederum benachbarte Zellen aktivieren und eine Form neuronaler Kommunikation ohne chemische synaptische Übertragung oder Gap Junctions darstellen.
„Wir wissen schon lange von diesen Wellen, aber niemand kennt ihre genaue Funktion und niemand hat geglaubt, dass sie sich spontan ausbreiten könnten.“ sagte Durand .
„Ich beschäftige mich seit 40 Jahren mit dem Hippocampus, der selbst nur ein kleiner Teil des Gehirns ist, und er überrascht mich immer wieder.“
Diese neuronale Aktivität kann tatsächlich durch die Anwendung schwacher elektrischer Felder moduliert – verstärkt oder blockiert – werden und könnte eine analoge Form einer anderen Zellkommunikationsmethode sein, genannt „ Ephaptische Kopplung .
Die radikalste Entdeckung des Teams war, dass diese elektrischen Felder Neuronen durch eine vollständige Lücke im durchtrennten Gehirngewebe aktivieren können, wenn die beiden Teile in unmittelbarer physischer Nähe bleiben.
„Um sicherzustellen, dass die Scheibe vollständig geschnitten wurde, wurden die beiden Gewebestücke getrennt und dann wieder zusammengefügt, während unter dem Operationsmikroskop eine deutliche Lücke beobachtet werden konnte.“ erklärten die Autoren in ihrem Artikel .
„Die langsame periodische Aktivität des Hippocampus könnte tatsächlich ein Ereignis auf der anderen Seite eines vollständigen Schnitts durch die gesamte Scheibe erzeugen.“
Wenn Sie denken, dass das verrückt klingt, sind Sie nicht der Einzige. Der Prüfungsausschuss bei Das Journal of Physiology – in dem die Forschung veröffentlicht wurde – bestand darauf, dass die Experimente noch einmal abgeschlossen werden, bevor man sich bereit erklärt, die Studie zu drucken.
Durand et al. pflichtbewusst nachgekommen, aber angesichts der beispiellosen Seltsamkeit der Beobachtung, über die sie berichten, klingen sie angesichts der Vorsicht alles in allem ziemlich verständnisvoll.
„Es war ein atemberaubender Moment“ sagte Durand , „Für uns und für jeden Wissenschaftler, dem wir bisher davon erzählt haben.“
„Aber jedes Experiment, das wir seitdem durchgeführt haben, um es zu testen, hat es bisher bestätigt.“
Es wird noch viel mehr Forschung erfordern, um herauszufinden, ob diese bizarre Form der neuronalen Kommunikation im menschlichen Gehirn stattfindet – ganz zu schweigen von der Entschlüsselung ihrer genauen Funktion – aber im Moment haben wir neue wissenschaftliche Erkenntnisse, die in jeder Hinsicht schockierend sind Wege, wie Dickson geschickt bemerkt.
„Es bleibt abzuwarten, ob die [Befunde] für spontane langsame Rhythmen relevant sind, die sowohl im kortikalen als auch im Hippocampusgewebe auftreten.“ vor Ort im Schlaf und in schlafähnlichen Zuständen,‘ Dickson schrieb , „Sie sollten wahrscheinlich (und im wahrsten Sinne des Wortes) das Feld elektrisieren.“
Über die Ergebnisse wird berichtet Das Journal of Physiology .
Eine Version dieses Artikels wurde erstmals im Februar 2019 veröffentlicht.