Zusammenfassung:
Das Forschungsteam des Allen Institute kartierte die neuronalen Verbindungen des Locus coeruleus (Locus coeruleus, wegen seines dunkelblauen Pigments auch „Locus coeruleus“ genannt) im Hirnstamm der Maus und stellte fest, dass die Gesamtaxonlänge eines Neurons 70,32 Zentimeter erreicht, was das längste bisher gemessene Mausneuron ist. Untersuchungen zeigen, dass dieser Bereich, von dem früher angenommen wurde, dass er ein einzelnes Signal an das gesamte Gehirn sendet, tatsächlich Gruppen von Zellen mit unterschiedlichen Projektionswegen und Funktionen enthält. Die Ergebnisse wurden in der Fachzeitschrift Nature veröffentlicht.
Obwohl der Locus coeruleus nur einen kleinen Teil der Gehirnzellen einnimmt, ist er eine wichtige Quelle für Noradrenalin. Noradrenalin ist an der Regulierung von Aufmerksamkeit, Lernen, Stress oder Erregungszuständen beteiligt und beeinflusst auch die Herzfrequenz. Früher verglichen Forscher den Locus coeruleus mit einem „Megaphon“, das gleichmäßig durch das Gehirn sendet; Neue Forschungsergebnisse deuten darauf hin, dass es sich eher um ein Kommunikationsnetzwerk handelt, das unterschiedliche Signale an bestimmte Gehirnbereiche sendet.
Das Forschungsteam kombinierte Bildgebung des gesamten Gehirns, Aufzeichnung neuronaler Aktivität, genetische Analyse und Verhaltensexperimente, um die Morphologie, den Projektionsort und die Aktivität von Neuronen im Locus coeruleus von Mäusen zu analysieren. Die Forschung umfasste die Bildgebung des gesamten Gehirns von fast 35.000 Neuronen, die Genexpressionsanalyse von fast 400.000 Zellen und die vollständige morphologische Rekonstruktion von 132 Neuronen des Locus coeruleus. Die Ergebnisse zeigten, dass die dorsalen Neuronen des Locus coeruleus hauptsächlich zur Großhirnrinde und zum Vorderhirn projizieren, während die ventralen Neuronen hauptsächlich den Hirnstamm und das Rückenmark verbinden; Diese anatomischen Unterschiede entsprechen auch unterschiedlichen Genexpressionsmerkmalen.
Bei einer Entscheidungsaufgabe werden Neuronen im dorsalen Locus coeruleus aktiv, wenn Mäuse ihre Entscheidungen aufgrund negativer Konsequenzen ändern; während die Feuerrate der ventralen Neuronen steigt, kurz bevor die Mäuse Signale ignorieren, die möglicherweise Belohnungen bringen. Auf dieser Grundlage glauben die Forscher, dass der dorsale Projektionsweg mit Lernsignalen zusammenhängt, während der ventrale Weg Einfluss darauf haben könnte, ob das Tier an Umweltinteraktionen teilnimmt. Allerdings stammen diese Schlussfolgerungen aus Mausexperimenten und können nicht direkt mit den Auswirkungen im menschlichen Gehirn gleichgesetzt werden.
Die Studie ergab außerdem, dass die durchschnittliche Gesamtlänge der Axone von Neuronen im Locus coeruleus etwa 34 bis 35 Zentimeter beträgt, wobei das längste Axon 70,32 Zentimeter erreicht. Die „Länge“ bezieht sich hier auf die Gesamtlänge jedes Axons des Neurons nach vollständiger Rekonstruktion, nicht auf eine gerade, durchgehende Nervenfaser mit einer Länge von 70 cm. Dieses Neuron liefert Noradrenalin an große Bereiche der Großhirnrinde, vermeidet jedoch das Kleinhirn, den Hirnstamm und das Rückenmark und weist eine breite, aber nicht undifferenzierte Abdeckung seiner Verbindungen auf.
Das Noradrenalinsystem war das Ziel von Medikamenten im Zusammenhang mit Depressionen, Angstzuständen, Aufmerksamkeitsdefizit-Hyperaktivitätsstörungen und anderen Krankheiten, und auch Neuronen im Locus coeruleus gelten als eine der Zellen, die in den frühen Stadien der Alzheimer-Krankheit geschädigt werden. Das Forschungsteam glaubt, dass ein besseres Verständnis der Rolle verschiedener Schaltkreise in Zukunft dazu beitragen kann, bestimmte neuronale Schaltkreise präziser zu regulieren und die Nebenwirkungen auf andere Schaltkreise zu reduzieren, wenn sie einen Gehirnbereich betreffen; Dies ist jedoch immer noch eine grundlegende Forschungsrichtung und es wurden noch keine neuen Behandlungen getestet.
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