Im Gehirn einer Maus arbeiten rund 70 Millionen Nervenzellen. Umso erstaunlicher ist, was ein Team der University of California San Diego nun im Fachblatt „Nature“ beschreibt: Schon das gezielte Anschalten von etwa 20 Neuronen in der motorischen Hirnrinde kann eine einmal gelernte Bewegung in Gang setzen.
Hinter der Arbeit steht eine alte Streitfrage. Wer eine neue Fertigkeit übt – etwa einen Tennisaufschlag –, hinterlässt in der Hirnrinde ein typisches Aktivitätsmuster. Unklar war jedoch, ob dieses Muster die Bewegung tatsächlich auslöst oder nur ein Echo von Befehlen aus anderen Hirnregionen ist.
Für die Antwort trainierten die Forscher Mäuse zwei Wochen lang auf eine einfache Aufgabe: Ertönte ein Signal, mussten die Tiere einen kleinen Hebel drücken und eine Sekunde halten, um einen Tropfen Wasser zu bekommen. Anschließend beobachteten sie mit einem Zwei-Photonen-Mikroskop, welche Zellen dabei aufleuchten – insgesamt fast 15.000 Neuronen bei 14 Tieren. Ein zweiter, holografisch geformter Laser konnte dann ausgewählte Zellen einzeln per Licht aktivieren.
Das Ergebnis: Wurden rund 20 Neuronen angeregt, die normalerweise schon kurz vor dem Hebeldruck aktiv werden, breitete sich das komplette erlernte Muster über das umliegende Gewebe aus. In vielen Durchgängen führte die Maus die Bewegung dann tatsächlich aus. Zellen, die erst nach Beginn der Bewegung feuern, waren dagegen weniger wirksam. Entscheidend war auch, ob das Tier gerade bei der Sache war.
„Es ist überraschend, dass eine so kleine Stimulation spezifische großflächige Hirnaktivität und Verhalten steuern kann“, sagte Studienleiter Takaki Komiyama. Die Experimente leitete der Doktorand Qiyu Chen; sie bauen auf Vorarbeiten von An Wu auf, einer Forscherin des Labors, die 2023 bei einem Brand in Montreal ums Leben kam.
Langfristig hoffen die Wissenschaftler, dass solche Erkenntnisse helfen, Bewegungen nach einem Schlaganfall oder bei Lähmungen wiederherzustellen. Bis dahin ist es allerdings ein weiter Weg vom Mäusehirn zum Patienten.
