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Wie sich das Gehirn von einem Zellhaufen in der Gebärmutter zu einem vollwertigen, immens komplexen Organ entwickelt, ist eine große Frage, die es zu beantworten gilt. Breaking Research zeigt die Bedeutung früher visueller Erfahrung bei der Gestaltung der Art und Weise, in der sich Neuronen verhalten.


Das sich entwickelnde Gehirn ist immer noch geheimnisumwittert.

Die Natur-Pflege-Debatte bildete das Rückgrat der wissenschaftlichen Untersuchung seit vielen Jahren.

Da die Forscher mehr über die Entwicklung der Tiere erfahren haben, wird zunehmend klar, dass sowohl die Natur als auch die Ernährung eine wichtige Rolle spielen.

Es ist nicht mehr eine Diskussion darüber, ob Gene oder Umwelt den Haupteinfluss haben; Jetzt gilt es zu verstehen, wie jeder zusammen das Endprodukt herstellt. Beide sind für sich gleich wichtig.

Neuere Forschungen, die am Scripps Research Institute (TSRI), Kalifornien, durchgeführt wurden, fügen neue Informationen hinzu. Die Ergebnisse helfen uns zu verstehen, wie Neuronen im frühen Gehirn in die Zelltypen differenzieren, die wir bei Erwachsenen sehen.

Im Gehirn werden Schaltkreise durch entgegengesetzte Gruppen von erregenden und hemmenden Neuronen gesteuert. Wie die Namen nahelegen, neigt die erstere Gruppe dazu, Wege anzuregen, während die letzteren dazu neigen, Aktivität zu hemmen und zu verhindern.

Diese zwei Gruppen sind perfekt ausbalanciert; Wenn eine der beiden Gruppen dominant werden würde, wäre das Gehirn entweder überanstrengt oder übermäßig gehemmt, und die normale Funktionsweise wäre beeinträchtigt.

Kaulquappen und das sich entwickelnde Gehirn

Im sich entwickelnden Gehirn haben diese Neuronen noch nicht "ausgewählt", um hemmend oder erregend zu werden; Sie sind im Wesentlichen identische Zellen in den frühen Stadien der Entwicklung. Wie diese Zellen ihre Entscheidung treffen, entweder zu exzitatorisch oder inhibitorisch zu wechseln, ist noch nicht verstanden.

Die TSRI-Forscher - unter der Leitung von Senior Autor Hollis Cline, Vorsitzender der Abteilung für molekulare und zelluläre Neurowissenschaften und Direktor des Dorris Neuroscience Center bei TSRI - beschlossen, früh inhibitorische Neuronen in Kaulquappen zu untersuchen, um die Faktoren zu untersuchen, die die Art und Weise beeinflussen könnten Sie entwickeln.

Kaulquappen wurden als experimentelles Tier ausgewählt, weil sie durchsichtig sind, so dass ihre Neuronen leicht beobachtet werden können. Auch ihre Stadien der neuralen Entwicklung entsprechen der Säugerentwicklung vor der Geburt.

Die Kaulquappen durften frei unter einer Reihe wechselnder Lichter schwimmen, um das zu reproduzieren, was sie beim Schwimmen in der Wildnis sehen würden. Eine Technik namens Time-Lapse-Imaging verfolgte einzelne hemmende Neuronen, wie sie sich im Laufe der Zeit entwickelten.

Inhibitorische Neuronen teilen sich in Gruppen auf

Die Ergebnisse zeigten, dass sich die inhibitorischen Neuronen, obwohl sie identisch aussahen, in zwei entgegengesetzte Fraktionen spalteten. Die Hälfte verstärkte ihre Verbindungen und erhöhte ihre Feuerrate in Reaktion auf Licht, ähnlich wie erregende Neuronen reagieren. Eine zweite Population von inhibitorischen Neuronen verringerte ihre Anzahl von Verbindungen und feuerte weniger in Reaktion auf Licht.

Mit anderen Worten reagierten zwei Gruppen von Neuronen, die im Wesentlichen die gleichen zu sein schienen, in polar entgegengesetzten Richtungen als Reaktion auf Lichtreize.

Einer der Senior-Autoren und Senior-Forschungsassistent von TSRI, Hai-yan He, sagt: "Die große Überraschung war, dass Neuronen, die sehr ähnlich aussehen, entgegengesetzte Plastizitätsreaktionen auf Erfahrung haben."

Das Team schlussfolgerte, dass die visuellen Reize die Expression bestimmter Gene auslösen könnten, die die Neuronen dazu bringen, ihren Typ zu ändern. Diese Ergebnisse waren ein "großer Schock" für die Forscher, die von der Erfahrung nicht erwarten, dass sie so tiefgreifende Veränderungen so früh in der Gehirnentwicklung machen.

"Die Funktion von inhibitorischen Neuronen in sich entwickelnden Schaltkreisen wird in früheren Entwicklungsstadien definiert als bisher angenommen - und sie wird zumindest teilweise durch die Reaktionen der Neuronen auf sensorische Inputs definiert."

Hollis Cline

Zukünftige Auswirkungen von inhibitorischen Neuronen-Untergruppen

Zwei Untergruppen von inhibitorischen Neuronen stellen eine interessante Frage: Wie arbeiten diese Populationen zusammen, um exzitatorische Neuronen in Schach zu halten? Cline und ihre Kollegen glauben, dass eine Gruppe von inhibitorischen Neuronen die andere inhibiert. Es kann als sekundäre Kontrollschicht fungieren, um die Dinge in Schach zu halten.

Die Erforschung der exzitatorischen / inhibitorischen Neuronenentwicklung hat das Potenzial, bei der Entwicklung zukünftiger Medikamente eine wichtige Rolle zu spielen. Wenn ein Medikament erstellt wird, um inhibitorische Neuronen zu verstärken und beide Teilmengen gleichermaßen zu verstärken, könnte es das System weiter aus dem Gleichgewicht bringen.

Wie er sagt: "Wenn Sie eine Therapie auf die gesamte Bevölkerung ausrichten und die Vielfalt innerhalb dieser Population ignorieren, werden Sie das beabsichtigte Ergebnis nicht wirklich erreichen."

Weitere Studien werden notwendig sein, um zu verstehen, wie sich diese Neuronen verändern und welche Rolle sie spielen, aber es bietet einen faszinierenden Einblick in das frühe Gehirn und wie sich seine erstaunlich komplizierte Verdrahtung stetig entwickelt.

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