Forscher des Niederländischen Instituts für Neurowissenschaften (NIN) verwendeten eine neue Technik, um zu zeigen, wie sich elektrische Impulse mit hoher Geschwindigkeit im Gehirn ausbreiten. Es scheint, dass Myelin, die Hülle um Neuronen, ein Koaxialkabel erzeugt, das mehrere Wellen elektrischer Potentiale erzeugt, die sich auf kompliziertere Weise fortbewegen, als man sich früher vorgestellt hatte. Diese Ergebnisse ermöglichen es uns, bessere Theorien und Werkzeuge zu entwickeln, um demyelinisierende Krankheiten zu verstehen, einschließlich der häufigsten neurologischen Erkrankung, der Multiplen Sklerose. Die Arbeit wurde in der Fachzeitschrift Cell veröffentlicht.
Das Gehirn besteht aus etwa hundert Milliarden Neuronen. Alle diese Neuronen müssen miteinander kommunizieren. Dies geschieht durch den Austausch elektrischer Impulse bei Geschwindigkeiten von bis zu 360 km/h. „Wir wissen, dass dies das Vorhandensein von Myelinscheiden erfordert, die aus mehreren Schichten von Fettmaterial bestehen, das um die Nervenzellfortsätze gewickelt ist. Myelin wird oft als Isolator konzipiert, der zum „Springen“elektrischer Potenziale entlang der Kabel führt, die wir sehen konnten als die ‚Autobahnen unseres Gehirns‘, aber die Mechanismen des Springens wurden nicht verstanden. Diese Forschung eröffnet jedoch neue Wege, um die Hardware des Gehirns im Hinblick darauf zu verstehen, wie sie mit schneller Signalübertragung rechnet“, sagt Professor Maarten Kole.
12 Nanometer
Gemeinsam mit Forschern des Max-Planck-Instituts (MPI) für experimentelle Medizin (Göttingen, Deutschland) haben die Forscher mithilfe von Elektronenmikroskopen den Abstand zwischen der Nervenzellmembran und der isolierenden Hülle gemessen, der sich herausstellte 12 Nanometer, ungefähr 10.000 Mal dünner als ein Haar. Darüber hinaus verwendeten die Wissenschaftler des NIN eine neue Technik, um Elektrizität sichtbar zu machen, und nutzten einen Supercomputer, um die spezifischen Eigenschaften von Myelinscheiden zu berechnen. „Alle Ergebnisse zusammen zeigten, dass Myelin, anstatt eine isolierende Hülle zu sein, eine zusätzliche Schicht bildet, wie bei Koaxialkabeln, die mehrere Wellen elektrischer Potentiale erzeugen, die sich auf kompliziertere Weise fortbewegen, als man sich früher vorgestellt hatte“, erklärt Kole. Diese Ergebnisse eröffnen neue Wege, um die Hardware zu verstehen, mit der Gehirne mit schneller Signalübertragung rechnen.
Multiple Sklerose
Diese Forschung wird auch dazu beitragen, demyelinisierende Krankheiten wie Multiple Sklerose (MS) besser zu verstehen. Bei Patienten mit MS werden Myelinscheiden abgebaut. Dies führt zu zunehmenden Einschränkungen, die Kraft, Gleichgewicht und Koordination und damit die Mobilität des Patienten betreffen. Um MS heilen und verhindern zu können, ist es wichtig, die genaue Funktionsweise der Myelinscheide zu kennen, um vorhersagen zu können, was passiert, wenn sie nicht so funktioniert, wie sie sollte.„Unsere Arbeit kann jetzt zuverlässige Vorhersagen darüber liefern, wie Impulse ohne Myelin über die Autobahnen wandern. Diese Erkenntnis trägt zum Verständnis der zellulären Veränderungen bei, die bei MS auftreten“, sagt Kole.
