Frühe Sinneserfahrungen schalten Gehirn-Schaltkreise dauerhaft stumm
Was in den ersten Lebensphasen mit den Sinnen geschieht, bestimmt für immer, wie empfindlich sie bleiben. Neue Forschung an Fruchtfliegen zeigt: Dieser Effekt ist präziser und dauerhafter als bisher angenommen.
In einer sogenannten kritischen Phase früh im Leben reagieren Nerven und Gehirn-Schaltkreise besonders empfindlich auf äußere Reize. Gerüche, Geräusche oder andere Signale, denen das Gehirn in diesem Zeitfenster ausgesetzt ist, prägen dauerhaft, wie es diese Eindrücke später verarbeitet. Dieses Prinzip ist seit Längerem bekannt – wie selektiv es wirkt und wie lange es anhält, blieb jedoch offen.
Die Forschenden untersuchten, was geschieht, wenn Fruchtfliegen früh im Leben einem bestimmten Duftstoff ausgesetzt werden: Ethylbutyrat. Nach dieser Exposition wurden die Nervenzellen, die normalerweise auf diesen Geruch reagieren, von Stützzellen – den sogenannten Gliazellen – gezielt zurückgestutzt. Ihre Nervenendungen wurden physisch abgebaut.
Der Effekt ist dauerhaft und hochselektiv
Mithilfe moderner Bildgebung zeigten die Forschenden, dass die Aktivität der betreffenden sensorischen Neuronen – also jener, die auf den Duftstoff ansprechen – dauerhaft verringert war. Der Geruch blieb diesen Zellen für den Rest des Fliegenlebens gewissermaßen unsichtbar. Bemerkenswert dabei: Das Zurückstutzen war präzise. Entfernt wurden nur jene Nervenendungen, die direkt auf den exponierten Duftstoff reagieren – nicht die benachbarten sensorischen Zellen, die ebenfalls auf denselben Geruch ansprechen.
Diese Selektivität deutet auf einen molekular genauen Mechanismus hin. Die Forschenden stellten fest, dass die Dichte hemmender Verbindungen – GABA-Rezeptoren – auf den Nervenzellen teilweise darüber entscheidet, welche Zellen zurückgestutzt werden und welche verschont bleiben.
Was das für Gehirnentwicklung und Altern bedeutet
Die Studie wurde an Fliegen durchgeführt, nicht an Menschen. Doch das Prinzip kritischer Phasen und der dauerhaften Anpassung sensorischer Schaltkreise existiert auch bei Säugetieren – einschließlich des Menschen. Der Befund, dass eine einzige frühe Exposition einen sensorischen Kanal dauerhaft zum Schweigen bringen kann, wirft ein neues Licht darauf, wie Gehirn-Schaltkreise durch frühe Erfahrungen über ein ganzes Leben hinweg geformt werden.
Für die Alterns-Forschung ist das aus einem anderen Blickwinkel relevant: Wenn frühe Erfahrungen bestimmte Schaltkreise dauerhaft dämpfen, könnten die Unterschiede in der sensorischen Empfindlichkeit, die im späteren Leben zu beobachten sind, ihre Wurzeln in der frühen Entwicklung haben. Das könnte erklären, warum die kognitiven Funktionen des Gehirns bei verschiedenen Menschen so unterschiedlich altern.
Die Studie wurde in eLife veröffentlicht.
Suchbegriffe für weitere Recherche: critical period neural plasticity, glial pruning sensory neurons, GABA receptor experience-dependent brain adaptation