New Haven, Conn. – Forscher der Yale-Universität und der University of Connecticut haben bedeutende Einblicke in die Art und Weise gewonnen, wie Tiergehirne sensorische Informationen verarbeiten und Entscheidungen treffen. Die in der Zeitschrift Cell veröffentlichte Studie hebt die entscheidende Rolle elektrischer Synapsen beim Filtern sensorischer Daten hervor, die es Tieren ermöglichen, kontextgerechte Entscheidungen zu treffen.
Die Forschung konzentriert sich auf den Nematoden C. elegans, der als leistungsstarkes Modell für das Verständnis der neuronalen Mechanismen der Entscheidungsfindung dient. Die Würmer zeigen Verhaltensweisen, die ihre Fähigkeit demonstrieren, Temperaturgradienten zu navigieren, indem sie zwei Strategien anwenden: die Gradientenmigration zu bevorzugten Temperaturen und das isothermische Verfolgen, wenn sie sich in der Nähe ihres gewünschten Bereichs befinden.
Die Wissenschaftler entdeckten, dass eine spezielle Art von Verbindung, bekannt als elektrische Synapsen, eine entscheidende Rolle in diesem Prozess spielt. Diese Synapsen, vermittelt durch das Protein INX-1, verbinden die AIY-Neuronen, die für locomotorische Entscheidungen verantwortlich sind. Daniel Colón-Ramos, Professor an der Yale-Universität, bemerkte: "Die Veränderung dieses elektrischen Leitungsweges in einer einzigen Zellpaarung kann ändern, was das Tier tun möchte." Dies deutet darauf hin, dass elektrische Synapsen nicht nur Signale übertragen, sondern auch als ausgeklügelte Filter fungieren.
Unter normalen Bedingungen helfen diese Synapsen den Würmern, kleine Temperaturschwankungen zu ignorieren, sodass sie sich auf signifikante Veränderungen in ihrer Umgebung konzentrieren können. Wenn jedoch INX-1 fehlt, werden die Würmer hypersensibel gegenüber kleinen Temperaturänderungen, was zu einer fehlgeleiteten Navigation führt.
Colón-Ramos verglich dies mit einem Vogel, der unangemessen seine Beine im Flug ausstreckt, was seine Fähigkeit, effektiv zu landen, beeinträchtigen kann. Die Implikationen dieser Forschung gehen über C. elegans hinaus, da elektrische Synapsen im Nervensystem vieler Tiere, einschließlich des Menschen, verbreitet sind.
Colón-Ramos betonte die breitere Bedeutung und erklärte: "Wissenschaftler werden in der Lage sein, diese Informationen zu nutzen, um zu untersuchen, wie Beziehungen in einzelnen Neuronen die Wahrnehmung eines Tieres seiner Umgebung und seine Reaktionen darauf verändern können." Dieses Verständnis könnte das Wissen über sensorische Verarbeitung und Entscheidungsfindung bei verschiedenen Arten verbessern.
Darüber hinaus könnten die Ergebnisse der Studie Anwendungen in Bereichen wie der Neurowissenschaft und der künstlichen Intelligenz informieren, wo das Verständnis von sensorischem Filtern und Entscheidungsprozessen zu technologischen Fortschritten und Behandlungsstrategien führen könnte.
Das Forschungsteam umfasste die Hauptautoren Agustin Almoril-Porras und Ana Calvo sowie mehrere Forscher der Yale-Universität und der University of Connecticut. Das Projekt erhielt Unterstützung von den National Institutes of Health, der National Science Foundation und einem Howard Hughes Medical Institute Scholar Award.