Traditionell hat sich die Wissenschaft auf Nervenzellen und ihre Synapsen konzentriert. Die Entdeckung der intrazellulären Ca²⁺-Signalübertragung in Astrozyten führte zu der Hypothese, dass Astrozyten mehr sind als ein das Gehirn zusammenhaltender Klebstoff und bei diesem Prozess eine entscheidende Rolle spielen. Es bestand bereits seit einiger Zeit die Vermutung, dass Astrozyten mehr sind als eine Stützzelle des Gehirns. Diese These wurde durch die Beobachtung gestützt, dass Astrozyten aktiv an Lernprozessen mitwirken und dabei mit Nervenzellen interagieren. Bohmbach et al. (2022) untersuchten anhand eines biophysikalischen Modells die Regulierung der schnellen Anpassung an neue Informationen durch das Wechselspiel von Astrozyten und Nervenzellen. Die synaptische Plastizität, also die Fähigkeit zur Veränderung neuronaler Verbindungen im Verlauf der Zeit, spielt im Gehirn eine grundlegende Rolle für Lernprozesse und Gedächtnisleistungen. Eine Funktionsstörung der Astrozyten kann die Lernfähigkeit erheblich beeinträchtigen, was deren Bedeutung für kognitive Prozesse unterstreicht. Die experimentellen Beobachtungen wurden mittels mathematischer Methoden interpretiert, um kohärente Modelle des Gehirns zu erstellen. Im vorliegenden Fall wurde ein biophysikalisches Modell des Lernens entwickelt, welches auf einer biochemischen Rückkopplungsschleife zwischen Astrozyten und Neuronen basiert. Das biophysikalische Modell erlaubt eine Erklärung der bei Mäusen mit gestörter astrozytärer Regulation beobachteten Lerndefizite und unterstreicht die entscheidende Rolle der Astrozyten bei der schnellen Anpassung an neue Informationen. Durch eine Regulierung des Levels des Neurotransmitters D-Serin können Astrozyten die Adaptionsfähigkeit des Gehirns hinsichtlich synaptischer Verbindungen verbessern. Dies eröffnet neue Möglichkeiten zur Überprüfung von Vorhersagen über den Lernprozess, da die Lücke zwischen theoretischen Modellen der Plastizität und experimentellen Erkenntnissen über die Interaktionen zwischen Nervenzellen verkleinert wird.
Literatur
Bohmbach, Kirsten, Masala, Nicola, Schönhense, Eva M., Hill, Katharina, Haubrich, André N., Zimmer, Andreas, Opitz, Thoralf, Beck, Heinz & Henneberger, Christian (2022). An astrocytic signaling loop for frequency-dependent control of dendritic integration and spatial learning. Nature Communications, 13, doi:10.1038/s41467-022-35620-8.
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