Gehirn: Forschende stoßen auf verborgenes Netzwerk der Sternzellen

Nicht immer sind die sichtbarsten Strukturen auch die einzigen, die ein System tragen. In einer Stadt richtet sich der Blick meist auf Straßen, Bahnhöfe und sichtbaren Verkehr. Doch ebenso wichtig sind jene Leitungen, Tunnel und Versorgungswege, die im Verborgenen verlaufen. Ähnlich könnte es im Gehirn sein. Dort galten lange die Nervenzellen als unangefochtene Hauptfiguren: Sie senden elektrische Signale, speichern Erinnerungen und steuern Bewegungen, Gefühle und Gedanken. Doch nun zeigt sich, dass zwischen diesen berühmten Zellen ein zweites Netz liegt, das die Hirnforschung lange unterschätzt hat. Dieses Netz besteht aus Astrozyten. Das sind sternförmige Zellen, die sich zwischen die Nervenzellen legen und dort ein feines Geflecht bilden. Über Jahrzehnte galten sie vor allem als Helfer im Hintergrund. Sie versorgen Nervenzellen mit Nährstoffen, halten die Umgebung im Gehirn stabil und beeinflussen Synapsen – also jene Kontaktstellen, über die Nervenzellen miteinander kommunizieren, wie etwa das Leibniz-Institut für Primatenforschung erklärt. Doch neue Forschungsergebnisse, veröffentlicht in der Fachzeitschrift „Nature“, rücken die Sternzellen in ein anderes Licht. Lesen Sie auch Astrozyten-Netzwerke: Neue Studie zeigt verborgenes Kommunikationssystem im Gehirn Eine Forschungsgruppe aus New York um Melissa Cooper und Shane Liddelow von der NYU Grossman School of Medicine wollte genauer wissen, ob Astrozyten tatsächlich nur in ihrer unmittelbaren Umgebung wirken – oder ob sie größere Bereiche des Gehirns miteinander verbinden können. Diese Frage drängte sich auf, weil Astrozyten über sogenannte Gap Junctions miteinander in Kontakt stehen. Das sind winzige Kanäle zwischen benachbarten Zellen, durch die kleine Moleküle wandern können. Vereinfacht gesagt: Astrozyten können Stoffe untereinander weitergeben. Unklar war jedoch, wie weit dieses zelluläre Weiterreichen tatsächlich reicht. Bleibt es bei kurzen Wegen von Zelle zu Zelle, oder entsteht daraus ein größeres Netzwerk? Demenzrisiko früh erkennen Ärztin über Demenz & Cholesterin: „Dieser Wert lässt Demenzrisiko deutlich steigen“ Dass sich darauf lange keine Antwort finden ließ, hatte auch methodische Gründe. Bisher ließen sich Astrozyten meist nur in kleinen Ausschnitten untersuchen. Forschende markierten einzelne Zellen oder analysierten dünne Schnitte von Hirngewebe. Doch wer das Gehirn zerschneidet, beschädigt zwangsläufig auch jene feinen Verbindungen, die er eigentlich verstehen will. Das New Yorker Team wählte deshalb einen anderen Weg. Die Forschenden veränderten Astrozyten in eng begrenzten Hirnregionen lebender Mäuse so, dass diese ein spezielles Enzym herstellten. Dieses Enzym wirkte wie ein molekularer Stempel: Wanderten bestimmte Moleküle durch die Verbindungen zwischen Astrozyten, wurden sie markiert. So konnten die Forschenden nachvollziehen, welche Astrozyten miteinander verbunden waren. Auf diese Weise entstand erstmals eine dreidimensionale Karte intakter Astrozyten-Netzwerke im Mäusehirn. Astrozyten im Gehirn: Eine neue Landkarte unterhalb der Nervenzellen Das Ergebnis war überraschend. Die Astrozyten bildeten kein einziges, gleichmäßig durch das Gehirn verlaufendes Netz. Stattdessen fanden die Forschenden viele voneinander getrennte Verbände. Manche blieben auf eine einzelne Hirnregion beschränkt. Andere reichten deutlich weiter und verbanden Areale, die sehr unterschiedliche Aufgaben erfüllen. So zeigten sich etwa Verbindungen zwischen dem präfrontalen Kortex, der an Planung und Entscheidungen beteiligt ist, und weiter hinten liegenden Hirnarealen, die Sinneseindrücke verarbeiten oder Bewegungen steuern. Wieder andere Astrozyten-Netzwerke reichten über den sogenannten Balken hinweg. Diese Struktur verbindet die linke und rechte Hirnhälfte miteinander. In einem begleitenden Bericht von Nature beschreibt Liddelow die Entdeckung deshalb als „geheimes U-Bahn-System“, von dessen Existenz man bisher nichts gewusst habe. Lesen Sie auch Sinnesreize verändern Astrozyten-Netzwerke Die Studie zeigt zudem, dass diese Netzwerke nicht starr sind. Sie verändern sich offenbar, wenn das Gehirn andere Sinnesreize verarbeitet als zuvor. Um das zu prüfen, kürzten die Forschenden Mäusen über mehrere Wochen regelmäßig die Schnurrhaare auf einer Gesichtshälfte. Für Mäuse sind Schnurrhaare ein wichtiges Tastorgan. Werden sie gekürzt, erhält die zuständige Hirnregion deutlich weniger Reize. Die Folge war messbar: Die Astrozyten-Netzwerke in diesem Bereich schrumpften. Gleichzeitig gingen Verbindungen zu anderen Hirnregionen verloren, besonders zum präfrontalen Kortex. Die Sternzellen passten sich also an die veränderten Sinnesreize an. Auch interessant Gehirnforschung: Warum die Sternzellen das Denken neu erklären könnten David Lyons, Neurobiologe an der Universität Edinburgh und nicht an der Studie beteiligt, nennt die Arbeit einen „grundlegend wichtigen Fortschritt“ für das Verständnis der Struktur des Nervensystems. Zugleich macht seine Einordnung klar, dass die Entdeckung erst der Anfang ist. Noch ist offen, was diese Netzwerke tatsächlich leisten. Nach Ansicht der Forschenden könnten Astrozyten dabei helfen, Stoffwechsel, Energieversorgung und die Abstimmung zwischen verschiedenen Hirnregionen zu koordinieren. Ob sie auch eine direkte Rolle beim Lernen, Erinnern oder Denken spielen, muss erst weiter untersucht werden. Deutlich wird dennoch: Das Gehirn ist komplexer organisiert, als es das klassische Bild der Nervenzellen allein vermuten ließ. Es arbeitet nicht nur mit elektrischen Impulsen, sondern offenbar auch mit einem verborgenen Netz aus Sternzellen.