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Düfte

Was rufen Düfte im Gehirn hervor?

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Wie viele andere sensorische Netzwerke enthält der olfaktorische Schaltkreis der Fruchtfliege räumlich ausgeprägte Nervenverbindungen zu höheren Hirnregionen, die aus erregenden und hemmenden (inhibitorischen) Projektionsneuronen bestehen. Projektionsneurone sind Nervenzellen, die Sinnesimpulse zu anderen Bereichen des Nervensystems weiterleiten. Insbesondere die inhibitorischen Projektionsneurone, die in dieser Studie untersucht wurden, leiten Geruchsinformationen vom Antennallobus, dem erstem Verarbeitungszentrum von Düften, direkt und ausschließlich an das laterale Horn weiter. Der Pilzkörper, der für Lernen und Gedächtnis zuständige Teil im Zentralhirn der Fliegen, wird dabei umgangen. Dabei können diese inhibitorischen Projektionsneurone in zwei Gruppen morphologisch voneinander unterschieden werden: die erste Gruppe, die Informationen darüber weiterleitet, ob ein Duft attraktiv ist oder nicht, und eine zweite Gruppe, die über die Intensität eines Geruchs informiert. Um die Funktionsweise dieser Neurone zu testen, arbeiteten die Wissenschaftler mit Fliegen, in denen die Neurone selektiv ausgeschaltet wurden.

Projektionsneuronen sorgen für die Einordnung der Düfte

„Interessanterweise konnten wir beobachten, dass diese Fliegen sich zu überhaupt keinem Duft mehr hingezogen fühlten. Sie mieden sogar Düfte, die sie sonst ausgesprochen attraktiv finden, wie zum Beispiel Balsamico-Essig. Wir nehmen daher an, dass inhibitorische Projektionsneurone dafür sorgen, dass Fliegen einen Duft anlockend finden und aufgrund der Attraktivität des Duftes ihre Nahrungsquellen oder Eiablageplätze finden können“, erklärt Silke Sachse. Außerdem konnten die Wissenschaftler übergeordnete Neurone im lateralen Horn identifizieren, die ausschließlich abstoßende Düfte repräsentieren. Diese Neurone kommunizieren über Synapsen mit den inhibitorischen Projektionsneuronen.

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Duftinformation im lateralen Horn steuert das Verhalten

Die Wissenschaftler gehen davon aus, dass das laterale Horn in Fruchtfliegen eine ähnliche Funktion hat wie die Amygdala im Gehirn von Wirbeltieren. Beim Menschen spielt die Amygdala eine entscheidende Rolle im Hinblick auf die emotionale Bewertung von Situation und die Einschätzung von Gefahren. Bei Schädigung der Amygdala können Menschen keine Furcht oder Aggression mehr empfinden. Dies führt allerdings auch dazu, dass lebenswichtige Abwehrreaktionen nicht mehr ausgelöst werden können. Einen ähnlichen Effekt würde wahrscheinlich eine Schädigung des lateralen Horn bei Fliegen bewirken. Diese Annahme ist jedoch rein spekulativ, da man das laterale Horn bei Fliegen bisher nicht selektiv ausschalten konnte.

In ihrer Studie konnten die Max-Planck-Forscher das laterale Horn als Verarbeitungszentrum verhaltensrelevanter Geruchsinformationen identifizieren. So werden gute und schlechte Düfte im Fruchtfliegenhirn in unterschiedlichen Bereichen des lateralen Horns abgebildet. Wie mithilfe der räumlichen Kartierung dieser wichtiger und gleichzeitig schon bewerteter Duftinformationen Aussagen über zielgerichtetes geruchsgesteuertes Verhalten getroffen werden können, wollen die Wissenschaftler nun in weiteren Versuchen herausfinden. Dafür wollen sie die übergeordneten Neurone identifizieren und den olfaktorischen Schaltkreis bis in zentrale Hirnbereiche vervollständigen, wo die Entscheidungen getroffen werden, die letztendlich Verhalten auslösen.

Originalpublikation: Strutz, A., Soelter, J., Baschwitz, A., Farhan, A., Grabe, V., Rybak, J., Knaden, M., Schmuker, M., Hansson, B. S., Sachse, S. (2014). Decoding odor quality and intensity in the Drosophila brain, eLife 2014;4:e04147, DOI: 10.7554/eLife.04147

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