Traditionell glaubten Wissenschaftler, dass der Cortex das Epizentrum der Anpassungsfähigkeit des erwachsenen Gehirns sei. Eine bahnbrechende Studie von Forschern des Niederländischen Instituts für Neurowissenschaften stellt jedoch diese Vorstellung infrage und enthüllt eine überraschend wichtige Rolle, die der Thalamus spielt. Oft als Relaisstation für sensorische und motorische Informationen angesehen, zeigt der Thalamus sich als bedeutender Akteur in der Anpassungsfähigkeit des Gehirns und eröffnet vielversprechende Wege für mögliche Therapien. Laut dem Leiter der Studie, Christiaan Levelt, “könnte dies ein interessanter Ausgangspunkt für verschiedene Therapien sein.”
Die unerwartete Rolle des Thalamus in der Anpassungsfähigkeit des erwachsenen Gehirns: Implikationen für die Therapie
Das Lernen und Anpassen an neue Erfahrungen erfordert immense Gehirnleistung, ein Prozess, der als Plastizität bekannt ist. Während kritische Entwicklungsphasen für ihre hohe Plastizität bekannt sind, ist das erwachsene Gehirn alles andere als statisch. Die Mechanismen, die die Plastizität des erwachsenen Gehirns steuern, sind jedoch schon lange ein Rätsel für die Wissenschaftler.
Um dieses Rätsel zu lösen, wandten sich Yi Qin und seine Kollegen unter der Leitung von Christiaan Levelt dem visuellen System von Mäusen zu, um Erkenntnisse zu gewinnen. Mäuse sind ein ideales Modell für die Erforschung der Plastizität aufgrund ihrer Veränderungsfähigkeit. In dieser Studie konzentrierten sich die Forscher auf das visuelle System, da es sich als gut etabliertes Modell für die Untersuchung der Plastizität eignet. Visuelle Informationen aus der Retina gelangen zum Thalamus, der dann verarbeitete Daten an den visuellen Cortex und umgekehrt weiterleitet. Um die Anpassungsfähigkeit des erwachsenen Gehirns zu beurteilen, bedeckte das Team das Auge der Mäuse für mehrere Tage. Die Ergebnisse waren erstaunlich, da der visuelle Cortex begann, weniger auf das abgedeckte Auge zu reagieren und mehr auf das offene Auge. Die genaue Regulation dieses Prozesses blieb jedoch ein Rätsel, bis diese jüngsten Erkenntnisse den Thalamus ins Rampenlicht rückten.
Eine neue Perspektive auf die Gehirnplastizität
Bei der Reflexion über ihre Entdeckungsreise erklärte Christiaan Levelt: “Vor fünf Jahren haben wir die entscheidende Rolle des Thalamus bei der Gestaltung der Plastizität des visuellen Cortex während der kritischen Entwicklungsphasen aufgedeckt. Diese Entdeckung hat unsere Perspektive auf dieses gesamte System grundlegend verändert. Früher glaubten wir, dass der visuelle Cortex der Hauptregulator dieses Prozesses sei, aber es ist klar geworden, dass dies nur ein Teil der Geschichte ist. Durch die Entfernung einer spezifischen Komponente, der GABA-alpha-1-Untereinheit, aus dem Thalamus während der kritischen visuellen Entwicklung der Mäuse haben wir die Hemmung gestört, was zu einem Stillstand in der Reaktion führte, wenn ein Auge geschlossen war.”
Diese Erkenntnisse warfen Fragen auf, ob der Thalamus auch die Plastizität des erwachsenen Gehirns beeinflusst. Yi Qin erklärte: “Unsere aktuelle Studie wiederholte das gleiche Experiment an erwachsenen Mäusen und ergab ähnliche Ergebnisse. Wir bestätigten, dass der erwachsene Thalamus tatsächlich Plastizität zeigt, die nach Entfernung der Alpha-1-Untereinheit abnimmt. Infolgedessen gab es auch keine Veränderung mehr im Cortex. Da der visuelle Cortex in Wechselbeziehung zum Thalamus steht, haben wir untersucht, ob der visuelle Cortex die Plastizität des Thalamus beeinflusst. Indem wir das Experiment umkehrten und den visuellen Cortex deaktivierten, untersuchten wir die Auswirkungen auf die Veränderungen der thalamischen Reaktion. Interessanterweise wurden bei erwachsenen Tieren keine signifikanten Unterschiede festgestellt – die Veränderung hielt an. Bei Tieren in ihrer kritischen Entwicklungsphase führte die Deaktivierung des visuellen Cortex jedoch dazu, dass sich die Veränderung im Thalamus zurückbildete. Dies verdeutlicht, dass der Thalamus in der Jugendzeit einen stärkeren gegenseitigen Einfluss mit dem Cortex hat, während er im Erwachsenenalter als zentrale Komponente der Cortex-Plastizität hervortritt.”
Diese Erkenntnisse haben weitreichende Implikationen. Levelt bemerkte:
Plastizität ist fundamental für zahlreiche Prozesse, einschließlich der sensorischen Anpassung wie die des Sehens, und erstreckt sich auf wichtige Funktionen wie das Gedächtnis. Während unser aktueller Fokus auf der sensorischen Plastizität liegt, könnten diese Erkenntnisse auch bei der Erforschung von Lernschwierigkeiten relevant sein. Es ist möglich, dass die Ursachen dieser Probleme nicht im Cortex, sondern im Thalamus liegen. Dies erfordert einen Paradigmenwechsel. Anstatt ausschließlich den Cortex anzusprechen, sollten Therapien und Strategien auch den Thalamus in Betracht ziehen, wenn es um die Pathogenese und Behandlung solcher Erkrankungen geht – eine grundlegende Neubewertung.”
Qin fügte hinzu: “Selbst in Fällen wie dem Faulen Auge, das traditionell auf kortikale Probleme zurückgeführt wird, könnte der Thalamus eine Rolle spielen. In Europa wird das Faulauge frühzeitig erkannt, was während der kritischen Phase durch Abdecken des ‘guten Auges’ zur Stärkung der Verbindungen zum schwächeren Auge korrigiert werden kann. In den USA fehlt jedoch oft die routinemäßige frühzeitige Untersuchung, wodurch mehr Menschen das Faulauge bis ins Erwachsenenalter tragen, was die Behandung erschwert. Unsere Studie weist auf die Notwendigkeit hin, unseren Fokus über den Cortex hinaus zu erweitern und möglicherweise den Weg für innovative Behandlungsstrategien zu ebnen.”
Diese Erkenntnisse bieten eine neue Perspektive auf die Gehirnplastizität und betonen die Bedeutung des Thalamus bei der Gestaltung der Anpassungsfähigkeit des Gehirns, wodurch neue Wege für das Verständnis und die Bewältigung neurologischer Erkrankungen eröffnet werden.
