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Medizin

Wie das Kleinhirn Augenbewegungen steuert

Mittwoch, 5. September 2018

/nerthuz, stockadobecom

Tübingen – Die Bedeutung der Kletterfasersignale im Kleinhirn erklären Wissenschaftler vom Hertie-Institut für klinische Hirnforschung und dem Werner-Reichardt-Centrum für Integrative Neurowissenschaften (CIN) der Universität Tübingen in der Fachzeitschrift PLOS Biology (2018; doi: 10.1371/journal.pbio.2004344).

„Um eine Bewegung optimal durchzuführen, kombiniert das Kleinhirn Informationen unterschiedlicher Art“, sagte der Studienleiter Peter Thier. Sie laufen in den Purkinjezellen zusammen. In der Folge senden die Zellen selbst 2 verschiedene Signale aus. Das erste ist ein hochfrequentes Signal, das Informationen über die Position, Geschwindigkeit und Beschleunigung einer Bewegung weiterleitet. Das zweite ist ein niederfrequentes Signal, das entsteht, wenn die Zellen Informationen aus den sogenannten Kletterfasern erhalten.

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„Bei dem Kletterfasersignal war bisher unklar, ob es sich um ein Fehlersignal handelt, das Abweichungen in dem durchgeführten Bewegungsablauf signalisiert – oder ob es ein ‚Gedächtnissignal‘ ist, das zeigt, wieviel in einer neuen Situation bereits gelernt wurde“, so Thier.

Für ihre Studie analysierten die Forscher die Aktivität einzelner Purkinjezellen im Gehirn von Rhesusaffen. Diese verfolgten dabei einen Punkt auf einem Bildschirm, der mit einem bestimmten Abstand von der Mitte nach oben, unten, links oder rechts sprang. Der Punkt war so programmiert, dass der Abstand sich hin und wieder zufällig veränderte.

In diesen Durchgängen blieb das Blickziel nicht dort, wo der Affe es erwartete, sondern es verlagerte sich etwas nach außen oder nach innen. Als Folge landeten seine Augen nicht mehr auf dem Ziel, sondern leicht daneben: Ein Bewegungsfehler war ausgelöst. Mit diesem Versuchsaufbau konnten die Wissen­schaftler klären, unter welchen Bedingungen und in welcher Form das Kletterfaser­signal entsteht.

„Wir sahen, dass das Kletterfasersignal zum einen in dem Moment gesendet wird, in dem ein Bewegungsfehler stattfindet. Es ist also ganz klar ein Fehlersignal“, erklärt der Erstautor Marc Junker. Allerdings wird es ebenfalls gesendet, kurz bevor eine Augenbewegung erneut ausgeführt wird – und zwar abhängig von dem Fehler, der in der vorherigen, identischen Bewegung gemacht wurde.

„Gemäß dem Spruch ‚Vorsicht, das lief letztes Mal schief‘ erinnert sich das Kleinhirn auf diese Weise an vergangene Fehler“, erläuterte Junker. Dadurch könne die aktuelle Bewegung direkt angepasst und verbessert werden. Das Kletterfasersignal erfüllt laut den Forschern also beide zugeschriebenen Rollen und ist Fehler- und Gedächtnissignal zugleich.

Patienten, deren Kleinhirn aufgrund Multipler Sklerose, Schlaganfällen oder Hirntumoren geschädigt ist, besitzen diese Fähigkeit laut der Arbeitsgruppe nicht oder nur eingeschränkt. „Eine Ataxie ist die Folge: Die Betroffenen können sich zwar noch bewegen, sind jedoch unsicher und wenig präzise. Das hat erhebliche Auswirkungen auf ihren Alltag“, umreißt Thier die Relevanz des Themas. © hil/aerzteblatt.de

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