Ein Team um Melissa Cooper und Shane Liddelow von der NYU Grossman School of Medicine hat im Gehirn ein bisher unbekanntes Netzwerk aus Astrozyten entdeckt, das als zweites Kommunikationssystem parallel zu den Nervenzellen fungiert. Die Ergebnisse wurden in der Fachzeitschrift „Nature“ veröffentlicht und könnten das Verständnis von Denkprozessen grundlegend verändern.
Astrozyten: Von Helfern zu Hauptakteuren
Astrozyten, sternförmige Zellen im Gehirn, galten lange als reine Unterstützer der Nervenzellen. Sie versorgen diese mit Nährstoffen, stabilisieren die Umgebung und beeinflussen Synapsen, wie das Leibniz-Institut für Primatenforschung erläutert. Die neue Studie zeigt jedoch, dass sie über Gap Junctions – winzige Kanäle zwischen Zellen – miteinander verbunden sind und so ein Netzwerk bilden, das weit über die unmittelbare Umgebung hinausreicht.
Methode: Molekularer Stempel enthüllt Netzwerke
Bisher war die Erforschung von Astrozyten schwierig, da Methoden wie das Schneiden von Hirngewebe die feinen Verbindungen zerstörten. Die New Yorker Forscher wählten einen innovativen Ansatz: Sie veränderten Astrozyten in lebenden Mäusen so, dass diese ein Enzym produzierten, das Moleküle auf ihrem Weg durch die Zellverbindungen markierte. So entstand erstmals eine dreidimensionale Karte intakter Astrozyten-Netzwerke.
Ergebnis: Getrennte Verbände und regionale Verbindungen
Die Karte zeigte, dass die Astrozyten kein einheitliches Netzwerk bilden, sondern in vielen voneinander getrennten Verbänden organisiert sind. Einige bleiben auf eine Hirnregion beschränkt, andere verbinden entfernte Areale wie den präfrontalen Kortex (Planung und Entscheidungen) mit Regionen für Sinneswahrnehmung oder Bewegung. Besonders bemerkenswert sind Verbindungen über den Balken hinweg, der die beiden Hirnhälften verbindet. Liddelow beschrieb die Entdeckung in einem Begleitbericht als „geheimes U-Bahn-System“ des Gehirns.
Netzwerke passen sich an Sinnesreize an
Die Studie belegt zudem, dass die Netzwerke dynamisch sind. In einem Experiment kürzten die Forscher Mäusen über mehrere Wochen die Schnurrhaare auf einer Gesichtshälfte – ein wichtiges Tastorgan für Nagetiere. Die Folge: Die Astrozyten-Netzwerke in der entsprechenden Hirnregion schrumpften, und Verbindungen zum präfrontalen Kortex gingen verloren. Dies zeigt, dass die Sternzellen ihre Struktur an veränderte Sinnesreize anpassen.
Bedeutung für die Hirnforschung
David Lyons, Neurobiologe an der Universität Edinburgh und nicht an der Studie beteiligt, bezeichnet die Arbeit als „grundlegend wichtigen Fortschritt“ für das Verständnis der Nervensystemstruktur. Noch sei unklar, welche Funktionen die Netzwerke genau erfüllen. Die Forscher vermuten, dass Astrozyten Stoffwechsel, Energieversorgung und die Koordination zwischen Hirnregionen unterstützen. Ob sie direkt an Lernen, Erinnern oder Denken beteiligt sind, müsse weiter untersucht werden. Klar ist jedoch: Das Gehirn ist komplexer organisiert als bisher angenommen, mit einem verborgenen Netz aus Sternzellen zusätzlich zu den bekannten Nervenzellen.
