27.3.2006, 16:34 Uhr
"Tauziehen" legt das Hirn in Falten
Selbst bei Normalgewichtigen führt eine Rumpfbeuge dazu, dass sich die Bauchhaut in Falten legt. Auf ganz ähnliche Art und Weise kommt vielleicht auch das Großhirn zu seinem typischen Äußeren, berichtet ein deutsch-amerikanisches Forscherduo im Fachblatt "PLoS Computational Biology". Das Muster der Hirnwindungen könnte demnach entstehen, indem Nervenzellen im wachsenden Hirn Zug auf ihre Umgebung ausüben.
Die neuen Resultate "eröffnen die Möglichkeit, auf physikalischen Prinzipien beruhende Modelle der Entwicklung der Großhirnrinde zu konstruieren", schreiben Claus Hilgetag und Helen Barbas von der International University Bremen und von der Boston University. Solche Modelle könnten wiederum helfen, mehr über den Zusammenhang zwischen innerer Struktur und äußerer Gestalt des Hirns zu erfahren - und damit auch über Entwicklungsstörungen.
Die Dickenunterschiede in der Großhirnrinde...
Die feinen Fortsätze von Nervenzellen stehen nicht nur unter elektrischer Spannung, sondern häufig auch unter mechanischer Zugspannung. Falls diese Kräfte zu der Gestalt der Gehirnrinde beitragen, sollten Stränge von Nervenfasern umso geradliniger zwischen Ursprungs- und Zielregion verlaufen, je dichter einzelne Nervenfasern in ihnen gepackt sind. Im präfrontalen Kortex von Rhesusaffen (Macaca mulatta) gibt es tatsächlich eine solche Tendenz, fanden Hilgetag und Barbas bei der Analyse einer umfangreichen Sammlung von Gehirnschnitten.
Mehr noch: Während in den Windungen die oberflächennahen Schichten der Großhirnrinde dünner sind als die tiefer gelegenen, ist es in den Furchen genau umgekehrt, berichtet das Duo. Ein solcher Effekt tritt ein, wenn sich ein mehrschichtiges Gebilde durchbiegt. Die zur konvexen Seite gelegenen Schichten werden gedehnt und dünner, die zur konkaven Seite gelegenen werden dagegen gestaucht und dicker.
...werden erst bei "Entfaltung" deutlich. Bilder: International University Bremen
Die mechanische Verformung allein könne die Struktur der Großhirnrinde aber nicht erklären, so Hilgetag und Barbas. Ihre Daten weisen auf einen weiteren Faktor hin: Demnach scheinen Nervenzellen nachträglich umso schlechter in die Schichten der Gehirnrinde einwandern zu können, je stärker diese gestaucht sind.
Forschung: Claus C. Hilgetag und Helen Barbas, School of Engineering and Science, International University Bremen, Boston University School of Medicine, Boston, und New England Primate Research Center, Harvard Medical School, Southborough, Massachusetts
Veröffentlicht in PLoS Computational Biology, 2(3): e22, DOI 10.1371/journal.pcbi.0020022
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Neuroscience at Boston University
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