Es gibt keinen Mangel an Wundern, die unser Zentralnervensystem hervorbringt - vom Denken und der Sprache über die Bewegung bis hin zu den fünf Sinnen. All diese schillernden Eigenschaften hängen jedoch von einem unterschätzten tiefen Gehirnmechanismus ab, den Donald Pfaff, Leiter des Labors für Neurobiologie und Verh alten an der Rockefeller University, als generalisierte Erregung oder kurz GA bezeichnet. GA weckt uns morgens auf und hält uns während unserer bewussten Stunden bewusst und in Kontakt mit uns selbst und unserer Umwelt.
"Es ist so grundlegend, dass wir es nicht beachten", sagt Pfaff, "und doch ist es so wichtig, dass wir es tun sollten."
Pfaff und sein Forscherteam schon. Jetzt haben sie in einer Reihe von Experimenten mit einer bestimmten Art von Gehirnzellen unser Verständnis der Wurzeln des Bewusstseins erweitert. Ihre Arbeit könnte sich möglicherweise als relevant für die Untersuchung einiger psychiatrischer Erkrankungen erweisen.
Die großen Zellen in der Black Box
Die Ergebnisse, die diesen Monat in Proceedings of the National Academy of Sciences veröffentlicht wurden, werfen Licht auf einen Bereich des Hirnstamms, der so wenig verstanden wird, sagte die Erstautorin der Studie, Inna Tabansky, eine wissenschaftliche Mitarbeiterin in Pfaffs Labor. nennt es "die Blackbox". Dieser Begriff ist sicherlich einfacher als sein eigentlicher Name – der Nucleus gigantocellularis (NGC), der Teil einer Struktur ist, die als medulläre Formatio reticularis bezeichnet wird.
In ihrer Arbeit konzentrierte sich Tabansky mit Mäusen auf einen Subtyp von extrem großen Neuronen im NGC mit Verbindungen zum praktisch gesamten Nervensystem, einschließlich des Thalamus, wo Neuronen die gesamte Großhirnrinde aktivieren können."Wenn Sie sich nur die Morphologie von NGC-Neuronen ansehen, wissen Sie, dass sie wichtig sind", sagt Pfaff. "Es ist nur eine Frage, wofür sie wichtig sind. Ich denke, sie sind für die Initiierung eines Verh altens unerlässlich."
Um herauszufinden, welche Rolle die NGC-Neuronen bei GA spielen könnten, begannen Tabansky und ihre Kollegen, darunter Joel Stern, ein Gastprofessor im Pfaff-Labor, mit der Identifizierung der Gene, die diese Neuronen exprimieren. Sie verwendeten eine Technik namens „Retro-TRAP“, die im Labor des Rockefeller-Wissenschaftlers Jeffrey Friedman entwickelt wurde.
Zu Tabanskys Überraschung wurde festgestellt, dass die NGC-Neuronen das Gen für ein Enzym, die endotheliale Stickoxidsynthase (eNOS), exprimieren, das Stickoxid produziert, das wiederum die Blutgefäße entspannt und den Fluss von sauerstoffreichem Blut zum Gewebe erhöht. (Es ist nicht bekannt, dass andere Neuronen im Gehirn eNOS produzieren.) Sie entdeckten auch, dass sich die eNOS-exprimierenden NGC-Neuronen in der Nähe von Blutgefäßen befinden.
Nach Ansicht von Pfaff sind die Neuronen so entscheidend für die normalen Funktionen des zentralen Nervensystems, dass sie die Fähigkeit entwickelt haben, ihre eigene Blutversorgung direkt zu kontrollieren. „Wir sind uns ziemlich sicher, dass diese Neuronen, wenn sie mehr Sauerstoff und Glukose benötigen, Stickstoffmonoxid in die nahe gelegenen Blutgefäße freisetzen, um es zu bekommen“, sagt er.
Die Umstände, die zu einer solchen Reaktion führen würden, waren Gegenstand weiterer Experimente. Die Wissenschaftler fanden Hinweise darauf, dass Veränderungen in der Umwelt, wie die Einführung neuartiger Düfte, eNOS in den NGC-Neuronen aktivierten und bei Mäusen erhöhte Mengen an Stickstoffmonoxid produzierten.
"Es gibt ein geringes Produktionsniveau, wenn sich das Tier in einer vertrauten Umgebung befindet", sagt Tabansky, "was Sie erwarten, da es die Erregung aufrechterhält. Aber es wird stark erhöht, wenn sich das Tier an eine neue Umgebung anpasst Umgebung." Diese Aktivierung der NGC-Neuronen unterstützt die Argumente für ihre zentrale Rolle bei der Erregung, sagt Tabansky.
Von den Zellen zur Psychiatrie
Für die Zukunft sagt Tabansky, dass sie daran interessiert ist, herauszufinden, ob ihre Ergebnisse dazu beitragen könnten, eine Lücke im Verständnis bestimmter Störungen wie bipolarer Störung, Suizidalität und ADHS zu schließen. Einige genetische Forschungen haben eine Rolle der von ihr untersuchten Neuronen bei diesen Krankheiten impliziert, aber der Mechanismus hinter dieser Verbindung ist nicht bekannt.
"Indem gezeigt wird, dass dieses Gen und die damit verbundenen Signalwege zumindest im Gehirn von Nagetieren eine besondere Rolle spielen, die sich auf eine grundlegende Funktion des Nervensystems bezieht, ist dies ein Hinweis darauf, wie dieses Gen psychiatrische Erkrankungen verursachen kann, " Sie sagt. "Es ist noch sehr vorläufig und es gibt noch viel zu tun, aber es eröffnet möglicherweise einen neuen Weg, um zu untersuchen, wie dieses Gen die Psychologie eines Individuums verändern kann."
