Beim Kind bilden sich in den er-
sten sechs Monaten nach der
Geburt wichtige Verschaltungen
im Gehirn, um Seheindrücke zu
verarbeiten - Bild: iStockphoto
(mpg) Die Aktivität von Nervenzellen trägt zur Strukturbildung des Gehirns bei, so dass die Informationsverarbeitung letztlich auch durch Übung gelernt wird. Lange Zeit sind Wissenschaftler davon ausgegangen, dass eine solche aktivitätsabhängige Strukturbildung nur lokal wirkt, während die grobe Architektur des Gehirns zum Zeitpunkt der Geburt bereits angelegt ist. Diese Vorstellung stellen jetzt Wissenschaftler aus Göttingen und Jena in Frage. Sie zeigen, dass weit reichende Verbindungen zwischen Nervenzellen dazu beitragen, die Entwicklung unterschiedlicher Bereiche des Gehirns und sogar der beiden Gehirnhälften aufeinander abzustimmen und dies über viele Wochen zum Beispiel nach dem Beginn des Sehens.
Fred Wolf, tätig am Max-Planck-Institut für Dynamik und Selbstorganisation und am Bernstein Zentrum für Computational Neuroscience Göttingen und Siegrid Löwel von der Universität Jena haben für ihre Untersuchung Bereiche der Hirnrinde ausgesucht, die Informationen aus den Augen verarbeiten: die primäre Sehrinde (V1), die auf die Ermittlung von Konturen spezialisiert ist, und die sekundäre Sehrinde (V2), die eher auf größere und auch schneller bewegte Reize reagiert. In jedes dieser Gebiete werden Informationen aus der Netzhaut der Augen so auf die Sehrinde übertragen, dass benachbarte Orte auf der Netzhaut auch benachbarte Bereiche der Sehrinde aktivieren. In der Sehrinde bilden sich in Laufe des Sehenlernens so genannte Kolumnen, Gruppen benachbarter Nervenzellen, die gemeinsam einen Teilaspekt der Sehleistung erbringen. Primäre und sekundäre Sehrinde sind zwar auf unterschiedliche Aspekte der Bildverarbeitung spezialisiert, sie arbeiten jedoch eng zusammen und sind über weiter reichende Nervenverbindungen miteinander verbunden: Regionen von V1 und V2, die den gleichen Bereich des Gesichtsfeldes analysieren, sind besonders stark miteinander verknüpft.
Wolf und Kollegen haben nun mit Hilfe komplexer Bildanalyseverfahren entdeckt, dass diese weit reichenden Verknüpfungen die Größe der Kolumnen und damit Struktur der Gehirngebiete selbst beeinflusst. "Die Größe der Kolumnen variiert stark - sowohl innerhalb der Sehrinde als auch von Individuum zu Individuum", erklärt die Jenaer Professorin Siegrid Löwel, die die Experimente durchgeführt hat. Dennoch ließen sich Regeln erkennen: Weisen in einem Tier zum Beispiel bestimmte Bereiche von V1 besonders große Kolumnen auf, so zeigen die entsprechenden Bereiche in V2, die den gleichen Bildbereich verarbeiten, auch sehr große Kolumnen. Es sind also genau die Bereiche in der Größe ähnlich, zwischen denen auch lang reichende neuronale Verknüpfungen bestehen. Darüber hinaus beobachteten die Wissenschaftler Symmetrien in der Kolumnengröße zwischen der Sehrinde in der linken und rechten Hirnhälfte - allerdings erneut nur in den Bereichen, die stark miteinander verschaltet sind.
Diese Korrelationen bestehen nicht von Geburt an, sondern entstehen erst in den Wochen nach der Öffnung der Augen. Nach der Geburt kann der Mensch noch nicht perfekt sehen. Diese Sinneswahrnehmung muss erst gelernt werden indem sich das Gehirn entsprechend verschaltet. "Die erste Phase des Sehenlernens dauert bei uns Menschen sechs Monate und bei Katzen etwa 18 Wochen. Es war lange Zeit nicht klar, warum diese Entwicklungsprozesse so lange dauern", sagt Wolf. Offenbar wird in dieser Lernphase die Architektur ganz unterschiedlicher Hirnbereiche aufeinander abgestimmt, damit am Ende die linke Hirnhälfte zur rechten passt. "Wie in einer globalisierten Welt, in der es lokale und weitreichende Kontakte gibt und beide gleich wichtig sind, basiert auch der Informationsaustausch während der Hirnentwicklung auf einem Zusammenspiel von kurzen und weitreichenden neuronalen Verbindungen", so Wolf.
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