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ePaper created 2012-06-12, 14:10:34 | version 1.23.6
etwa „nach der Tasse greifen“, kommt nicht mehr durch. Um die Ursache für die Schwankungen zu ermitteln, simuliert Kumar gemeinsam mit seinen Kolleginnen und Kollegen die Dynamik dieser Netzwerke. „Wir können Rückschlüsse auf das Verhalten ziehen, ohne direkt am menschlichen Gehirn arbeiten zu müssen.“ Mit halb so vielen Impulsen Symptome lindern Neu ist die Idee der Forschergruppe, eine weitere Hirnstruktur, das Striatum, einzube ziehen. Diese Region erhält ihre Impulse direkt von der Großhirnrinde und wird als Eingangstor zu den Basalganglien bezeichnet. Die Wissen- schaftler haben eine erhöhte elektrische Akti vität im Striatum simuliert und als Folge davon den Globus pallidus stärker gehemmt. Das Resultat: Im Modell zeigt sich jenes ständige Schwanken der elektrischen Aktivität der beiden Nervenzellnetzwerke in den Basalganglien, das für Parkinsonpatienten charakteristisch ist. Das Striatum bietet also möglicherweise einen Ansatzpunkt, um weiter zu erforschen, wie Morbus Parkinson entsteht. Allerdings handelt es sich Die Basalganglien (farbig) im Gehirn sind unter anderem für die Auswahl und Kontrolle von Bewe- gungen zuständig. In ihnen befinden sich zwei Netzwerke von Nervenzellen, die sich gegenseitig beeinflussen und deren Aktivität bei Parkinson patienten periodisch schwankt: der subthalamische Kern und der Globus pallidus. Um zu erforschen, wie die Krankheit entsteht, hat Arvind Kumar diese Aktivität simuliert und den Einfluss des Striatums, einer weiteren Hirnstruktur, in sein Modell einbe zogen. Grafik: Wrobel ‚‚Wir können Rückschlüsse auf das Verhalten ziehen, ohne direkt am menschlichen Gehirn arbeiten zu müssen“ verstehe, muss ich es vereinfachen.“ Diese Forschungsrichtung wird als Computational Neuroscience – theoretische und rechnergestützte Neurowissenschaft – bezeichnet: Ingenieure, Mathematiker und Biophysiker untersuchen die Eigenschaften der Netzwerke im Gehirn und liefern mit Modellen neue Einblicke in Ursachen und Therapien neuronaler Fehlfunktionen. Dafür brechen sie das, was über Nervenzellen, ihr Ver- halten und die Verknüpfungsmuster zwischen ihnen bekannt ist, auf möglichst einfache mathe- matische Gleichungen herunter. „Dabei geht viel Detailinformation verloren, aber es ist ein erster Schritt, um diese Riesenaufgabe zu bewältigen.“ Mit den Gleichungen kann der Computer neuro- nale Vernetzungen, wie sie im Gehirn vermutet werden, nachbauen – von der molekularen Wechselwirkung einzelner Zellen bis zur Kommu- nikation komplexer Netzwerke. Der Computer dient also als virtuelles Minilabor, in dem Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler Hypothesen simulieren, überprüfen und Vorher- sagen treffen. Eine Software hilft, die Modelle zu erstellen. Ein Beispiel: 3.000 Nervenzellen für das eine Netzwerk, 2.000 für das andere und ein Verknüpfungsgrad von fünf Prozent ergeben ein Modell zweier Netzwerke mit mehr als einer halben Million Verschaltungen. Die Wissen- schaftler müssen nur noch die elektrische Aktivi- tät angeben, den Rest erledigt die Maschine. Heraus kommen Rohdaten, die ebenso analy- siert und statistisch ausgewertet werden wie Daten aus einem Experiment. Kumar betrachtet bei seiner Forschung Gruppen von Nervenzellen in den Basalganglien: „Wir haben zwei Netzwerke, die sich gegenseitig in ihrer Aktivität beeinflussen.“ Die erste Region, der subthalamische Kern, regt die zweite – den Globus pallidus – an, die ihrerseits die erste wieder hemmt. Bei gesunden Menschen ist die elektri- sche Aktivität der beiden Netzwerke im Gleich- gewicht, bei kranken schwankt sie periodisch. Die Weiterleitung von Signalen wird dadurch blo- ckiert – ein bewusst gesteuertes Kommando, 18