Auch winzige Gehirne haben große Tricks auf Lager – das zeigt eine neue Studie vom Institut für Neurophysiologie der Berliner Charité, die jetzt im Fachmagazin Nature veröffentlicht wurde.
Nervennetzwerke regulieren Schlaf der Fruchtfliege
Gerade mal ein Viertel Millimeter hat das Gehirn der Fruchtfliege im Durchmesser. Und doch konnten die Forschenden der Berliner Charité mit modernsten mikroskopischen Methoden die Aktivität von zwei Nervennetzwerken beobachten, die entscheidend den Schlaf- und Wachzustand der Fruchtfliegen regulieren.
David Owald, Leiter des Instituts für Neurophysiologie, erklärt das Zusammenspiel dieser eigentlich engegengesetzt wirkenden Netzwerke: "Eines dieser Netzwerke ist aktivierend, das andere wirkt hemmend. (...) Wenn diese Netzwerke gleichzeitig aktiv sind, kann das hemmende Netzwerk über das aktivierende gewinnen. Dadurch kann das Gehirn dann in den Ruhezustand geleitet werden."
Neuronaler Filter ermöglicht Fruchtfliege Erholung
Wenn die beiden Nervennetze gleichzeitig aktiv sind, das heißt, wenn ihre elektrischen Schwingungen synchron sind, wirkt das wie ein neuronaler Filter. Unwichtige, schwache Signale werden herausgefiltert – die Fliege reagiert nicht.
Das spart Energie und das Insekt kann sich erholen. Gleichzeitig bleibt das System so flexibel, dass bei einem starken Reiz – etwa bei Gefahr – die synchrone Schwingung der beiden Netzwerke blitzschnell aufgehoben wird und das Tier reagieren kann.
Kurze Zeitfenster ermöglichen Aufwachen
Doch wie gelangt der starke Reiz durch den Filter, um die beiden Netzwerke zu entkoppeln? Synchron schwingend sollten sie das Gehirn ja eigentlich gegen Reize abschotten. Das ist noch nicht abschließend geklärt.
Owald hat jedoch eine Vermutung: "Wir haben auch den Fall, dass wir einmal pro Sekunde ein Fenster haben, in dem starke Reize – das kann ein Sehreiz sein – dieses Fenster quasi aufstoßen können. Dann wird die Information weitergeleitet und das Tier wacht auf."
Vergleich von Fruchtfliege und menschlichem Gehirn
Die Forschenden konnten den Effekt sogar künstlich auslösen. Mit gezielten Lichtimpulsen aktivierten sie ausgewählte Nervenzellen so, dass die Fliegen augenblicklich träge wurden. Sie reagierten langsamer auf Lichtreize oder bewegte Schatten.
Nur starke Reize, wie ein Luftstoß, konnten sie aus dem Schlaf reißen. David Owald erläutert, dass ähnliche Schwingungen auch im menschlichen Gehirn messbar seien. Schlaf komme bei fast allen Tieren vor. Daher stelle sich die Frage, ob die Mechanismen, die Schwingungen und Aufwachen steuern, auch beim Menschen verschiedene Schlafphasen und Schlaftiefen regulieren.
Forschung zu Nervenzellen und Schlaf geht weiter
Das bedeutet noch viel Forschungsarbeit für die Neurophysiologie. Was die Forschenden hier aber zeigen konnten: Abschalten muss nicht bedeuten, die Außenwelt komplett auszublenden.
Mit dem richtigen Takt im Kopf kann das Gehirn genau steuern, wie viel es von der Welt wahrnimmt – und wann. Das macht nicht nur die Fliege sicherer, sondern gibt auch uns Hinweise darauf, wie Schlaf- und Wachphasen im Gehirn generell gesteuert werden.
