MÜNCHEN (IT BOLTWISE) – Die Erforschung der neuronalen Plastizität hat einen bedeutenden Fortschritt gemacht. Mit der Entwicklung der DELTA-Methode können Wissenschaftler nun die Veränderungen der synaptischen Verbindungen im gesamten Gehirn während des Lernens kartieren.
Die jüngste Entwicklung in der Neurowissenschaft, die als DELTA bekannt ist, bietet Forschern eine bahnbrechende Möglichkeit, die synaptischen Veränderungen im Gehirn während des Lernens zu kartieren. Diese Methode ermöglicht es, die Veränderungen von synaptischen Proteinen, wie GluA2, in spezifischen Hirnregionen zu visualisieren, die mit neuen Lernprozessen verbunden sind. DELTA eröffnet neue Wege, um die molekulare Basis von Lernen und Gedächtnis zu verstehen, indem es die Lücke zwischen Verhalten und zellulären Veränderungen schließt.
DELTA bietet eine umfassende Sicht auf das gesamte Gehirn und zeigt, wo synaptische Proteinveränderungen während des Lernens auftreten. Diese Methode ist vielseitig einsetzbar und kann sowohl in standardisierten als auch in angereicherten Umgebungen synaptische Verschiebungen verfolgen. Die Forscher der Janelia Research Campus haben diese Methode entwickelt, um die individuellen neuronalen Verbindungen im gesamten Gehirn während des Lernens zu kartieren und so neue Einblicke in die neuronale Plastizität zu gewinnen.
Neuronen kommunizieren miteinander, indem sie Signale über winzige Verbindungen, die Synapsen genannt werden, austauschen. Erfahrungen führen dazu, dass sich die Stärke dieser Verbindungen ändert – ein Prozess, der als synaptische Plastizität bekannt ist und dem Lernen und Gedächtnis zugrunde liegt. Bisher war weitgehend unbekannt, wo im Gehirn diese Veränderungen während des Lernprozesses stattfinden. DELTA gibt Wissenschaftlern nun einen Ausgangspunkt für weiterführende Studien, um die zellulären und molekularen Mechanismen hinter Lernen und Gedächtnis im Detail zu erforschen.
Die Methode funktioniert, indem ein synaptisches Protein im Mausgehirn mit einem leuchtenden Janelia Fluor (JF) Farbstoff markiert wird. Um zu untersuchen, wie sich synaptische Verbindungen während des Lernens ändern, wurden Mäuse trainiert, zwei visuelle Reize mit einer Wasserbelohnung zu assoziieren. Nach der anfänglichen Markierung wurden die Mäuse in zwei Gruppen aufgeteilt: Eine Gruppe erhielt Wasser zufällig bei den beiden Reizen, während die Aufgabe für die andere Gruppe so modifiziert wurde, dass nur ein Reiz mit der Wasserbelohnung verbunden war.
Nach einigen Tagen, als die Forscher einen klaren Unterschied zwischen den Aktionen der beiden Gruppen sahen, wurde das gleiche synaptische Protein mit einem anderen JF Farbstoff in beiden Gruppen von Mäusen markiert. Durch die Bildgebung des gesamten Gehirns konnten die Forscher sehen, wo sich die synaptischen Proteine in beiden Gruppen von Mäusen verändert hatten, was ihnen einen Hinweis darauf gab, wo Veränderungen in den synaptischen Verbindungen während des Lernens stattfinden.
Die Forscher beobachteten, dass das Lernen der modifizierten Aufgabe dazu führte, dass sich das untersuchte synaptische Protein, GluA2, in spezifischen Hirnregionen veränderte. Darüber hinaus nutzten die Forscher die neue Methode, um Unterschiede im Proteinumsatz bei Mäusen zu beobachten, die in einer normalen Umgebung lebten, im Vergleich zu Mäusen, die in einer angereicherten Umgebung mit Spielzeug und Gefährten lebten. In diesem Fall führte das Platzieren einer Maus in einer angereicherten Umgebung zu weitreichenden Veränderungen von GluA2 im gesamten Gehirn.
Als nächster Schritt arbeiten die Forscher daran, zusätzliche Funktionen zu DELTA hinzuzufügen, die es ihnen ermöglichen, genau zu bestimmen, wann Proteine sich während der wenigen Tage ändern, in denen die Tiere eine Aufgabe lernen. Nelson Spruston, einer der Projektleiter, betont, dass die Entwicklung von DELTA den kollaborativen Geist des Forschungscampus exemplifiziert, wobei Wissenschaftler aus verschiedenen Disziplinen zusammenarbeiteten, um dieses Projekt zu ermöglichen.
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