Wissenschaftler wissen, dass sich Informationen zwischen Gehirnzellen entlang haarähnlicher Erweiterungenfaserartiger Fortsätze, Axone genannt, fortbewegen. Forscher haben zum ersten Mal herausgefunden, dass Axone nicht einfach nur Informationen übermitteln -- mit der richtigen Stimulation können sie das Signal sogar verringern oder verstärken.

Dieser Fund dürfte Wissenschaftlern helfen, Behandlungen für psychatrische Erkrankungen wie Depression und Schizophrenie zu entwickeln, bei denen man annimmt, dass verschiedene Bereiche des Gehirns nicht korrekt miteinander kommunizieren.

"Bis jetzt haben Wissenschaftler gedacht, dass Informationen im Kortex (die Hirnrinde) -- wo die meisten kognitiven Prozesse ablaufen -- ausschließlich im Zellkörper verarbeitet werden", sagte Raju Metherate, Autor der Studie, außerordentlicher Professor in Neurobiologie und Verhaltensforschung und Direktor des "Center for Hearing Research" (Zentrum für Gehörforschung) an der Universität von Kalifornien, Irvine. "Das Ergebnis unserer Studie legt nahe, dass wir die Axone als Stellen für Informationsverarbeitung betrachten müssen - und potenzieller Probleme, wenn Dinge falsch laufen."

Diese Studie erscheint am 19. August online im Journal Nature Neuroscience.

Mehr und mehr beginnen Studien zu zeigen, dass komplexe Informationsverarbeitung und vielleicht Bewusstsein an sich aus koordinierter Aktivität zwischen vielen Bereichen des Gehirns resultieren könnte, die durch Bündel langer Axone miteinander verbunden sind. Kognitive Schwierigkeiten könnten auftreten, wenn diese Bereiche nicht ordnungsgemäß miteinander kommunizieren.

Kognitive Funktion tritt auf, wenn Millionen von Gehirnzellen gleichzeitig miteinander kommunizieren. Eine Gehirnzelle besitzt ein Netzwerk von Zweigen, Dendriten genannt, durch die sie Informationen anderer Zellen empfängt und verarbeitet. Der Körper einer Zelle übermittelt diese verarbeiteten Informationen dann entlang eines Axons zu einem Endpunkt, welcher an Dendriten weiterer Zellen anknüpft. An dem Endpunkt werden Chemikalien namens Neurotransmitter freigegeben, welche es den Informationen erlauben, in die empfangende Zelle einzutreten. Bis jetzt glaubten Wissenschaftler, dass Axone einfach die "Drähte" zwischen Punkt A und Punkt B seien.

"Wir dachten Axone sind wie Drähte, die in einem Radio Signale übermitteln, aber wir haben herausgefunden, dass das Signal verändert werden kann, wenn man das Axon stimuliert, wie das Drehen am Lautstärkeregler beim Radio," sagte Metherate.

Ursprünglich hatten Metherate und seine Mitarbeiter gehofft, die Idee bestätigen zu können, dass Nikotin die Informationen verändert, die im Zellkörer oder dem Endpunkt verarbeitet werden. Verblüfft durch etliche negative Versuche, entwickelten sie ein Experiment in welchem sie das intervenierende Axon studieren konnten.

In ihrem Experiment untersuchten sie einen Bereich des Mäusegehirns, assoziiert mit dem Gehör, der eine Gehirnzelle mit einem Axon, an den Kortex anschliessend, enthielt. Indem sie Nikotin einsetzten, stimulierten sie das Axon, um festzustellen, wie es ein Signal beeinflusst, das die Gehirnzelle zum Kortex sendet. Ohne die Verwendung von Nikotin erreichten 35 Prozent der von der Gehirnzelle gesendeten Nachrichten den Kortex. Aber als Nikotin an das Axon angebracht wurde, verdoppelte sich die Erfolgsrate beinahe auf ungefähr 70 Prozent.

"Wir hielten nach konventionelleren Gründen Ausschau, warum das Ergebnis verstärkt wurde, aber die Evidenz zeigte einfach weiterhin auf das Axon. Nikotin aktivierte die Proteine, von denen wir denken, dass sie sich am Axon befinden," sagte Metherate. "Dies ist eine vollkommen neue Vorstellung darüber, wie das Gehirn funktioniert."