• Gerüche im Gehirn wahrnehmen

     

Wie werden Gerüche im Hirn verarbeitet?

Ähnliche Gerüche werden bei der Reizverarbeitung im Gehirn durch subtil modulierte Signale auseinandergehalten. Dafür sind Nervenzellen mit hemmenden Eigenschaften wichtig, wie Hirnuntersuchungen an Mäusen zeigen.

Gerüchen kommt im täglichen Leben eine zentrale Bedeutung zu: Riecht es schlecht, werden wir zum Beispiel vor verdorbenem Essen gewarnt, der Duft eines wohlschmeckenden Gerichts regt Speichelfluss und Verdauung an. Der Geruchssinn ist eng mit dem vegetativen Nervensystem gekoppelt, das unbewusste Funktionen im Organismus steuert und auch unsere Emotionen beeinflusst.

Mit der Frage, wie ähnliche Gerüche auseinandergehalten werden, beschäftigt sich ein Team um Professor Dr. Thomas J. Jentsch und Kathrin Gödde vom Leibniz-Institut für molekulare Pharmakologie (FMP) und dem Max-Delbrück-Centrum für Molekulare Medizin in der Helmholtz-Gemeinschaft (MDC). Zusammen mit Schweizer Kollegen von der Universität Genf haben die Wissenschaftler untersucht, wie Geruchsmoleküle Rezeptoren auf der Oberfläche der Riechzellen in der Riechschleimhaut stimulieren und wie anschließend Signale an den Riechkolben im Gehirn übermittelt werden.

Die Forscher haben dabei festgestellt, dass jede Riechzelle nur einen spezifischen Rezeptor exprimiert und fest mit einer Region im Riechkolben verdrahtet ist. So entsteht eine räumliche Signatur für einen bestimmten Geruch im Riechkolben. Um feine Unterschiede zwischen Düften wahrzunehmen, ist allerdings eine zeitliche Kodierung notwendig. Dabei wird die Abfolge der Impulse im Morsecode in den Mitral- und Tufted-Nervenzellen (M/T-Zellen) subtil moduliert und die zuvor synchron morsenden Zellen geraten aus dem Takt.

Für jeden Duft ergibt sich damit ein individuelles, zeitabhängiges Signalmuster. Bisher wurde vermutet, dass hemmende Signale den Erregungszustand der M/T-Zellen und damit die Morsecodes in ihrer zeitlichen Abfolge beeinflussen und somit zur Unterscheidung ähnlicher Gerüche beitragen.
Die Wissenschaftler reduzierten daher die hemmenden Signale, welche M/T-Zellen im Riechkolben von Mäusen von benachbarten Nervenzellen erhielten, indem sie den Ionentransporter Kcc2 in genau diesem Zelltyp ausschalteten. Das elektrische Gleichgewicht der M/T-Zellen wurde dadurch so verändert, dass sie praktisch keine hemmenden Signale mehr erhielten.

Im Verhaltenstest konnten die genetisch derart veränderten Tiere eindeutig unterscheidbare Gerüche immer noch gut auseinanderhalten – die hemmenden Signale scheinen somit keinen Einfluss auf die normale Riechfähigkeit zu haben. Allerdings konnten die Tiere Duftstoff-Mischungen mit nur leicht verschiedenen Mischungsanteilen nicht mehr unterscheiden. Auch in ihrer chemischen Struktur sehr ähnliche Moleküle wie etwa das (+)-Limonen (Zitronengeruch) und das (–)-Limonen (Terpentingeruch) konnten die Tiere nicht auseinanderhalten.

Die Erklärung für dieses Phänomen lieferten die Forscher der Uni Genf. Sie untersuchten die elektrischen Eigenschaften der M/T-Zellen am lebenden Tier. Wurden die hemmenden Signale auf die M/T-Zellen unterdrückt, waren die Neurone stärker erregt, und auch die Erstellung der „Morsecodes“ für unterschiedliche Gerüche war beeinträchtigt. Die duftspezifischen Signaturen waren ähnlicher und weniger gut unterscheidbar.

Dazu erklärt Kathrin Gödde: „Unsere Ergebnisse weisen nach, dass zeitabhängige Musterbildung in den Signalen der M/T-Zellen mit Hilfe neuronaler Hemmung äußerst wichtig ist, um ähnliche Gerüche im Gehirn unterschiedlich abzubilden und eine Geruchsunterscheidung zu ermöglichen. In dieser Klarheit hat man das vorher nicht nachweisen können.“

 

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