Max-Planck-Institut für Hirnforschung

Im Gehirn von Reptilien bestimmen Netzwerke für die Bewegungskontrolle den Schlafrhythmus

Die Direktorin am Max-Planck-Institut für Hirnforschung wird für ihre wegweisende Forschung zur neuronalen Proteinsynthese geehrt

Rund die Hälfte der Max-Planck-Anträge auf einen ERC Advanced Grant war erfolgreich

Tobias Erb und Moritz Helmstaedter werden mit dem wichtigsten deutschen Forschungspreis geehrt

Eine neue Studie, die kürzlich in der Fachzeitschrift CELL veröffentlicht wurde, verändert unser Verständnis der grundlegenden Bausteine des Gehirns, der Proteine an den Synapsen.

Vor 100 Jahren wurde in Berlin das Kaiser-Wilhelm-Institut für Hirnforschung gegründet. Erster Direktor war Oskar Vogt, ein ehrgeiziger Wissenschaftler, der mit der Untersuchung von Lenins Gehirn berühmt wurde. Seine Frau Cécile und er lieferten wichtige Erkenntnisse zum Bau der Großhirnrinde – und saßen auch manchem Irrtum auf.

Unser Gehirn besteht aus einem komplexen Netzwerk aus Nervenzellen, in dem die Nervenzellen miteinander über Synapsen kommunizieren. Wir untersuchen, welche Proteine an diesen Synapsen eingesetzt werden und wie sich verschiedene Nervenzellen und Synapsen voneinander unterscheiden. Unsere Erkenntnisse helfen uns die molekularen Grundlagen der Kommunikation in unserem Hirn zu verstehen, die essentiell sind für alle Fähigkeiten unseres Gehirns und die z.B. in neurodenerativen Erkrankungen oder im Alter gestört werden können.

Das Gehirn muss ein inneres Modell, eine sogenannte „kognitive Karte“ seiner Umgebung erstellen, um erfolgreich zu einem gewünschten Ziel zu navigieren. Ein weiterer Zweck dieser Karte ist es, die Folgen einer Entscheidung in einer hypothetischen Umgebung abschätzen zu können, die wir in der realen Welt noch gar nicht erlebt haben. Möglicherweise besteht hierin die Grundlage für unsere Kreativität und Vorstellungskraft. Es ist das Ziel unserer Forschung, die neuronalen Schaltkreise zu verstehen, die unseren inneren Denkprozessen zugrunde liegen. 

Unsere visuelle Fähigkeit, Objekte vom Hintergrund zu unterscheiden, hängt in hohem Maße von der Erkennung lokaler Diskontinuitäten in Bewegung, Farbe, Kontrast oder Textur ab. Die Berechnung der Merkmale einer Textur ist erstaunlich schwierig, wie die Hunderttausende von Versuchen zeigen, die neuronale Netzwerke benötigen, um sie zu "lernen". Dennoch segmentiert und differenziert unser Gehirn Texturen ohne offensichtliche Anstrengung. Unsere Forschung zielt darauf ab, zu verstehen, wie dies geschieht, indem wir die einzigartige Fähigkeit der Kopffüßer zur Tarnung nutzen.

Die Gehirne von Säugetieren, mit ihrer unvergleichbar großen Zahl von Nervenzellen und einer extremen Dichte an Kommunikation, sind die komplexesten bekannten Netzwerke. Seit mehr als hundert Jahren gibt es Methoden zur teilweisen Analyse dieser Netzwerke. Lokal komplette Verschaltungskarten neuronaler Netzwerke im Säugetierhirn zu erlangen, ist jedoch erst seit wenigen Jahren möglich. Unserem Forscherteam ist es nun gelungen, Hirngewebe aus dem Säugetiergehirn zu kartieren und auf Spuren von vorangegangenen Lernvorgängen zu analysieren.

Lernen und Gedächtnis laufen im Gehirn auf verschiedenen Ebenen ab, beruhen letztendlich aber auf Molekülveränderungen. Diese winzigen Spuren versuchen wir sichtbar zu machen, um die molekularen Schritte des Lernens zu verstehen. Eine fundamentale Rolle spielt offensichtlich die Produktion neuer Proteine direkt vor Ort, an Kommunikationsstellen zwischen Nervenzellen. Vor kurzem konnten wir einen Code hinter der Kopplung von Proteinbildung und zellulärem Lernen entschlüsseln und zudem Fragen zur Energieversorgung klären.