Austro-Forscher zeigen

Gehirn arbeitet energieeffizienter als gedacht

(Bild: thinkstockphotos.com)

Unser Hirn muss häufig rasch zwischen ähnlichen Erfahrungen unterscheiden - zum Beispiel ob ein Hund schwanzwedelnd freundlich oder mit aufgestelltem Nackenhaar und gefletschten Zähnen herankommt. Wie Forscher des Institute of Science and Technology (IST) Austria herausgefunden haben, arbeiten die dafür benötigten Gehirnzellen bei aller Geschwindigkeit wesentlich energieeffizienter als bislang gedacht.

Ein Team um Peter Jonas und Hua Hu vom IST Austria im niederösterreichischen Klosterneuburg untersuchte in Hirnschnitten, wie die Nervenimpulse (Aktionspotenziale) entlang der Nervenzellfortsätze (Axone) bei speziellen Nervenzellen (sogenannte Parvalbumin exprimierende GABAerge Interneuronen, Anm.) weitergeleitet werden. Diese Gehirnzellen sind wichtig für die „Mustertrennung“, durch die man zwischen ähnlichen Erfahrungen unterscheiden kann, erklären die Forscher.

Benötigen weniger Energie als gedacht
Sie entdeckten, dass die Energie für ihre Aktionspotenziale nur eineinhalb Mal so groß wie das theoretisch berechnete Minimum ist. Sie arbeiten demnach äußerst ökonomisch. Bisher galten die schnellen, kurzen Aktionspotenziale dieser Nervenzellen als sehr energieaufwendig, so die Forscher. Man habe nämlich angenommen, dass sich die unterschiedlichen Ionenströme, die für die Signalweiterleitung nötig sind, in die Quere kommen. Doch die Kanäle, durch die jene Ionen strömen, sind sehr gut aufeinander abgestimmt.

Zuerst öffnen sich die Kanäle für Natrium-Ionen (Na-plus). Sie werden sehr bald wieder geschlossen, während die Kanäle für Kalium-Ionen (K-plus) erst mit Verzögerung aktiviert werden. „Diese komplementäre Steuerung minimiert die Überlappung der Na-plus- und K-plus-Ströme während kurzer Aktionspotenziale und optimiert die Signalübertragung, so dass sie sowohl schnell als auch energieeffizient ist“, berichten die Wissenschaftler im Fachjournal „Neuron“.