FAU: Essen, Kontaktpflege oder Erkunden: Wie das Gehirn zwischen Verhaltensweisen umschaltet

Wie schaltet unser Gehirn zwischen verschiedenen Verhaltensweisen um? Eine aktuelle Studie liefert nun eine erste Antwort auf diese zentrale neurowissenschaftliche Frage. Die Forschenden untersuchten bei Mäusen die elektrische Aktivität einer bestimmten Hirnregion. Die Auswertung erfolgte unter anderem mit einem lernfähigen Computer-Algorithmus. Diese künstliche Intelligenz identifizierte eine Art charakteristischen Fingerabdruck in den Signalen. Aus ihm lässt sich ablesen, zu welchem Verhalten die Tiere umschalten werden – und zwar bereits zwei Sekunden, bevor sie das tatsächlich tun. Die Ergebnisse sind nun in der Fachzeitschrift Nature Neuroscience erschienen.*

Quelle: IDW Informationsdienst Wissenschaft

Neuroprothesen mit Signalen, die das Gehirn versteht

Seit einigen Jahren gibt es Prothesen, die an das Nervensystem angeschlossen sind. Nun legen Forschende an der ETH Zürich nahe, dass solche Neuroprothesen besser funktionieren, wenn sie Signale verwenden, die der Natur nachempfunden sind.

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Mehr Hirn als Wesenszug: Entschlüsselung neuronalen Bahnen der Neugier

Die Faszination für das Unbekannte treibt den Fortschritt an. Dank ihr behaupten sich Lebewesen in einer sich stetig wandelnden Umwelt. Somit prägt Neugier die menschliche Entwicklung wesentlich. Doch was steckt dahinter? Forschende vermuten, dass Neugier weniger eine feste Persönlichkeitseigenschaft ist, sondern ein komplexes Zusammenspiel verschiedener Hirnregionen. Dr. Petra Mocellin und das Forschungsteam unter der Leitung von Prof. Dr. Stefan Remy am Leibniz-Institut für Neurobiologie (LIN) haben erstmals einen neuronalen Schaltkreis im Gehirn entschlüsselt, der der Neugier zugrunde liegt.
Die Ergebnisse wurden kürzlich in der renommierten Fachzeitschrift Neuron veröffentlicht.

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Wie sich COVID-19 auf das Gehirn auswirkt

Neurologische Symptome offenbar nicht Folge einer SARS-CoV-2-Infektion des Gehirns

Noch immer ist nicht abschließend geklärt, wie neurologische Symptome bei COVID-19 zustande kommen. Liegt es daran, dass SARS-CoV-2 das Gehirn infiziert? Oder sind die Beschwerden eine Folge der Entzündung im Rest des Körpers? Eine Studie der Charité – Universitätsmedizin Berlin liefert jetzt Belege für letztere Theorie. Sie ist heute im Fachmagazin Nature Neuroscience* erschienen.

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Stress beeinflusst via Immunsystem Gehirn und Psyche

Chronischer Stress wirkt sich auf das Immunsystem und das Gehirn aus. Forschende der UZH zeigen, dass unter Stress ein bestimmtes Enzym aus Immunzellen ins Gehirn gelangt. Bei Mäusen bewirkt es, dass sie sich zurückziehen und soziale Kontakte meiden. Dieser neu entdeckte Zusammenhang von Körper und Geist bei stressbedingten psychischen Erkrankungen könnte zu neuen Behandlungen bei Depressionen führen.

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Zebrafische navigieren zu ihrer Wohlfühl-Temperatur

Zebrafische sind kürzer als ein kleiner Finger, ihr Gehirn ist kaum halb so groß wie ein Stecknadelkopf. Dennoch verfügen die Tiere über ein effizientes Navigationssystem. Es erlaubt ihnen, zu Stellen im Wasser zurückzufinden, an denen die für sie passende Temperatur herrscht. Das zeigt eine aktuelle Studie der Universität Bonn und des Universitätsklinikums Bonn (UKB) sowie der Technischen Universität München (TUM). Die Ergebnisse sind in der Zeitschrift Current Biology erschienen.

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Kleinhirn: Struktur & Funktion wichtiger hemmender Synapsen entschlüsselt

Ob es darum geht, einen kleinen Gegenstand wie einen Stift aufzuheben oder verschiedene Körperteile zu koordinieren – das Kleinhirn erfüllt im Gehirn wesentliche Funktionen für die Steuerung unserer Bewegungen. Wissenschafter:innen am Institute of Science and Technology Austria (ISTA) untersuchten, wie eine entscheidende Gruppe von Synapsen zwischen Neuronen in diesem Gehirnareal funktioniert und sich entwickelt. Ihre Ergebnisse wurden nun in der Fachzeitschrift Neuron veröffentlicht.

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Die Schaltkreise des Denkens entschlüsseln: Neue Professur für Circuit Neuroscience

Prof. Dr. Janelle Pakan erforscht die sensorischen und motorischen Systeme im Gehirn und untersucht was passiert, wenn diese nicht richtig funktionieren, insbesondere im Zusammenhang mit neurodegenerativen Erkrankungen. An der Medizinischen Fakultät der Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg hat die Neurowissenschaftlerin jetzt die Professur für Circuit Neuroscience angetreten. Die 42-Jährige wurde nach dem sogenannten „Jülicher Modell“ gemeinsam von der Universität Magdeburg und Leibniz-Institut für Neurobiologie in Magdeburg berufen.

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Überraschung! – Wie das Gehirn lernt, mit Unerwartetem umzugehen

Für Kinder steckt die Welt voller Überraschungen. Erwachsene überrascht kaum noch etwas. Klingt selbstverständlich, dahinter stecken jedoch komplexe Prozesse: Wie sich die Reaktion auf Unvorhergesehenes im heranwachsenden Gehirn entwickelt, haben Forschende der Universität Basel bei Mäusen entschlüsselt.

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Stammbaum der Gehirnzellen: Neue Studie erklärt Entwicklung der Neuronen im Colliculus superior von Säugetieren

Der Colliculus superior im Gehirn von Säugetieren übernimmt viele wichtige Aufgaben, indem er unsere Umwelt wahrnimmt und interpretiert. Fehler bei der Entwicklung dieser Hirnregion können zu schweren neurologischen Störungen führen. ISTA Wissenschafterin Giselle Cheung und ihre Kolleg:innen haben nun zum ersten Mal den Stammbaum und die Herkunft der Nervenzellen, aus denen der Colliculus superior besteht, beschrieben. Ihre Ergebnisse wurden im Fachjournal Neuron veröffentlicht.

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Neuer Ursprung von Stammzellen bei Patienten mit Hirnschäden entdeckt

Forschende von Helmholtz Munich und der LMU haben herausgefunden, dass bei Hirnverletzungen bestimmte Zellen im Gehirn aktiv werden und Eigenschaften von neuronalen Stammzellen aufweisen. Regulator dieser Stammzelleigenschaften ist ein bestimmtes Protein, welches für neue therapeutische Ansätzen genutzt werden könnte. Diese Erkenntnisse könnten in Zukunft zu einer besseren Behandlung von Hirnverletzungen beitragen. Die Ergebnisse wurden in der Fachzeitschrift Nature Medicine veröffentlicht.

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Forschungsprojekt der Universität Paderborn zeigt Effekte von Exergames auf Körper und Gehirn bei älteren Menschen

„Healthy Aging“, zu Deutsch „gesundes Altern“, wird zum Erlebnis – und das wortwörtlich im Handumdrehen: Die Rede ist von sportlichen Aktivitäten vor dem Bildschirm, genauer gesagt von sogenannten Exergames. Das sind interaktive Videospiele, die körperliche Bewegung mit spielerischen Elementen kombinieren, häufig mittels Joystick oder Controller. Sie fördern die Fitness und trainieren kognitive Fähigkeiten. In Rehabilitationseinrichtungen werden sie schon jetzt zunehmend eingesetzt.
Wissenschaftler*innen der Universität Paderborn haben deren Einfluss, insbesondere auf die Leistungsfähigkeit älterer Menschen, nun auch wissenschaftlich bestätigt.

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Pinguine schlafen 12 Stunden – in Zehntausenden einzelner Mikroschlafphasen

Beim Brüten in einer gefährlichen Umgebung nicken Zügelpinguine meist nicht mehr als vier Sekunden am Stück weg. Sie bekommen jedoch durch über 600 solcher Mikroschlafphasen pro Stunde – und über 10.000 pro Tag – insgesamt trotzdem bis zu 12 Stunden Schlaf. Die Tiere schlafen dabei sowohl abwechselnd mit beiden Gehirnhälften als auch mit dem ganzen Gehirn. Trotz und wohl auch aufgrund des extrem fragmentierten Schlafs sind die Tiere in der Lage, sich unter schwierigen ökologischen Bedingungen erfolgreich fortzupflanzen. Dies zeigt eine neue Studie eines internationalen Forscherteams aus Lyon und Korea mit Beteiligung von Niels Rattenborg vom Max-Planck-Institut für biologische Intelligenz.

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Der Evolution des „Kleinen Gehirns“ auf der Spur

Die Evolution höherer kognitiver Funktionen beim Menschen wurde bislang hauptsächlich mit der Ausdehnung des Neokortex in Verbindung gebracht. In der Forschung wird jedoch zunehmend deutlich, dass sich das „Kleine Gehirn“ oder Cerebellum während der Evolution ebenfalls ausdehnte und wahrscheinlich zu den einzigartigen menschlichen Fähigkeiten beiträgt. Ein Heidelberger Forschungsteam hat nun umfassende genetische Karten der Entwicklung von Zellen im Kleinhirn von Mensch, Maus und Opossum erstellt. Im Vergleich offenbaren sie sowohl ursprüngliche als auch artspezifische zelluläre und molekulare Merkmale der Kleinhirnentwicklung.

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Schwangerschaft verändert das Gehirn: Stammzellen formen den Geruchssinn bei Müttern

Bei Schwangerschaft und Mutterschaft wird das Gehirn umgebaut. Ein Forschungsteam der Universität Basel hat nun durch Versuche mit Mäusen herausgefunden, dass bestimmte Pools von Stammzellen im Gehirn während der Schwangerschaft aktiviert werden. In der Folge bilden sich spezifische Neuronen im Riechkolben und bereiten die Tiere auf die Mutterschaft vor, berichtet das Team im Fachjournal «Science».

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Neues Antikörper-Shuttle-Medikament gegen Multiple Sklerose

Ein neu entwickeltes Medikament bringt Hoffnung für MS-Patientinnen und -Patienten. // Mithilfe eines neuartigen Molekül-Shuttles können Antikörper direkt ins Gehirn transportiert werden. // Das MS-Zentrum am Uniklinikum Dresden beteiligt sich an einer weltweiten Studie zur Sicherheit.

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Die Rolle von GIP bei der Behandlung von Diabetes und Adipositas

Für die Behandlung der stetig wachsenden Zahl von Patient:innen mit Adipositas und Typ-2-Diabetes bieten die kürzlich entwickelten GIPR:GLP-1R-Co-Agonisten den entscheidenden Durchbruch. Diese neuartigen Wirkstoffe verhelfen Betroffenen zu einem erheblichen Gewichtsverlust. Obwohl bereits von Wissenschaftler:innen bei Helmholtz Munich gezeigt wurde, dass das Hormon glucose-dependent insulinotropic polypeptide (GIP) das Körpergewicht mittels Signalen über den GIP-Rezeptor im Gehirn verringert, waren die beteiligten Nervenzellen bis jetzt unentdeckt.

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Neue Studie enthüllt die zugrunde liegende Komplexität von Gehirnsynapsen

Eine neue Studie, die kürzlich in der Fachzeitschrift CELL veröffentlicht wurde, verändert unser Verständnis der grundlegenden Bausteine des Gehirns, der Proteine an den Synapsen. Unter dem Titel „The proteomic landscape of synaptic diversity across brain regions and cell types“ taucht die Studie tief in die komplexe Welt der Synapsen ein, der lebenswichtigen Verbindungen zwischen Nervenzellen. Unter der Leitung eines Wissenschaftlerteams des Schuman-Labors am Max-Planck-Institut für Hirnforschung in Frankfurt am Main wurden mehr als 1.800 Proteine identifiziert, die es den verschiedenen Synapsen im Gehirn ermöglichen, ihre unterschiedlichen Aufgaben zu erfüllen.

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Funktionsweise des Gedächtnisses dank KI entschlüsseln

Eine Symphonie von elektrischen Signalen und ein dynamisches Geflecht von Verbindungen zwischen Gehirnzellen helfen uns, neue Erinnerungen zu bilden. Mit Hilfe von KI-gestützten Modellen neuronaler Netzwerke arbeiten Forschende des FMI daran, zu entschlüsseln, wie das Gehirn diesen Tanz orchestriert. Ihre jüngste Studie hat einen grossen Fortschritt erzielt bei der genauen Simulation der Veränderungen in den Verbindungen zwischen Neuronen, die die äussere Umgebung wahrnehmen. Somit hat sie die Tür zu einem besseren Verständnis dafür geöffnet, wie unzählige Gehirnzellen Empfindungen in Wahrnehmungen und Gedanken umwandeln. Hier hilft KI, die Funktionsweise echter Gehirne besser zu verstehen.

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Sehzentren im Gehirn – genetisch auf Action getrimmt

Im Gehirn wandeln spezialisierte Zellnetzwerke von der Netzhaut kommende Reize in angepasste Verhaltensweisen um. Doch was passiert, wenn diese Reize fehlen? Ein Team am Max-Planck-Institut für biologische Intelligenz untersuchte eine genetische Mutation bei Zebrafischen, die jegliche Verbindung zwischen Netzhaut und Gehirn kappt. Bei diesen gänzlich blinden Zebrafischen entwickeln sich voll funktionsfähige Gehirnschaltkreise für die Verhaltenskontrolle – eine künstliche Stimulierung der Schaltkreise mithilfe der Optogenetik löst normales Verhalten aus. Die Studie zeigt, dass das Gehirn von Zebrafischen sich unabhängig von visuellen Erfahrungen entwickelt.

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Wie Konzepte ins Gehirn gelangen und welche Rolle Sprache dabei spielt

Studie zum Zusammenhang von Sprache und Denken von Neurowissenschaftler der Freien Universität Berlin erschienen

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Autismusforschung: Ein einziges Hirnorganoid enthüllt genetische Grundlagen

Hat das menschliche Gehirn eine Achillesferse, die zu Autismus führt? Mit einem revolutionären System, das Hirnorganoid-Technologie und komplexe Genetik kombiniert, ist es nun möglich, die Auswirkungen mehrerer Mutationen gleichzeitig und in einzelnen Zellen in menschlichen Hirnorganoiden zu untersuchen. Forscher:innen der Knoblich-Gruppe am Institut für Molekulare Biotechnologie (IMBA) der Österreichischen Akademie der Wissenschaften und der Treutlein-Gruppe an der ETH Zürich entwickelten diese Technologie, mit der Zelltypen und genregulatorische Netzwerke, die Autismus zugrunde liegen, identifiziert werden können. Die Ergebnisse wurden am 13. September in Nature veröffentlicht.

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Was bei Delir im Körper passiert: Neueste Forschungsergebnisse und deren Auswirkungen

Einer von vier älteren Menschen im Krankenhaus leidet am Delirium, kurz Delir – einem Syndrom, das sich zum Beispiel durch kognitive Defizite, Schläfrigkeit, Unruhe, Wahnvorstellungen oder Stress äußert. Ein höheres Sterberisiko, längere Klinikaufenthalte oder ein höheres Risiko für eine spätere Demenz können Folgen sein. Wie die Auslöser von Delir, die meist außerhalb des Gehirns liegen, auch zu Veränderungen im Gehirn führen und mit Demenz in Verbindung stehen können, wurde erst in den vergangenen zehn Jahren intensiver erforscht. Professor Alasdair MacLullich, Geriater an der University of Edinburgh, hat dazu einen wichtigen Beitrag mit seiner Arbeit geleistet.

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Expressionsmuster von Schlüsselrezeptoren im Hypothalamus aufgedeckt

Es gibt immer mehr Belege dafür, dass Peptidhormone aus dem Darm weitreichende Auswirkungen auf den gesamten Organismus haben. Indem sie an entsprechende Rezeptoren im Gehirn binden, können sie unter anderem die Nahrungsaufnahme modulieren und Stoffwechselparameter verändern. Welche Rolle diese Peptidrezeptoren in kritischen Entwicklungsphasen spielen, ist bislang jedoch kaum erforscht. Wissenschaftlerinnen der Nachwuchsgruppe Neuronale Schaltkreise am DIfE sind dieser Frage nachgegangen und haben die Expressionsmuster von Schlüsselrezeptoren im Hypothalamus der Maus untersucht. Ihre neu gewonnenen Erkenntnisse wurden im Journal PLOS One veröffentlicht.

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Studie: Ausfall von bestimmten Proteinen im Gehirn begünstigt zwanghaftes Verhalten

Unser Verhalten wird über neuronale Schaltkreise im Gehirn gesteuert. Störungen auf molekularer Ebene können zu stereotypem Verhalten führen, etwa bei neuropsychiatrischen Erkrankungen wie Zwangs- und Autismus-Spektrum-Störungen. Ein Forscherteam hat nun gezeigt, dass der Ausfall von zwei Proteinen, Intersectin1 und Intersectin2, bei Mäusen zu einer gestörten Erregungsübertragung im Hirn und zu zwanghaftem repetitiven Verhalten führt, was auch bei Patienten mit Intersectin1 Mutationen zu beobachten ist. Das untermauert, dass solche Defekte neuropsychiatrische Erkrankungen verursachen können. Die Studie ist im Fachmagazin „Proceedings of the National Academy of Sciences“ erschienen.

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