Neue Erkenntnisse zum visuellen System

Die Helligkeitsintensität, der die Netzhaut ausgesetzt ist, variiert über mehrere Größenordnungen. Die Photorezeptoren in der Netzhaut sind allerdings weniger dynamisch und auf gleiche Weise lichtempfindlich. Bislang ging man davon aus, dass die neuronalen Schaltkreise in der Netzhaut sich anpassen, um den Dynamikbereich zu erweitern. Für dieses Phänomen könnte jedoch eine andere Art von Plastizität verantwortlich sein.

Das Projekt SYNAPSE TRANSMISSION (Synaptic mechanisms underlying neural coding in the retina during visual response) untersuchte mit dem Multiphotonen-Mikroskop in Kombination mit genetisch codierten optischen Reportern die Netzhaut am Modellsystem Zebrafischlarve. Geklärt werden sollte, was in der Netzhaut an den Synapsen bipolarer und amakriner Zellen bei unterschiedlichem Kontrast und Helligkeit passiert.

Mit dieser Methodik zeigten erste Forschungsergebnisse, dass verschiedene Synapsen aus der gleichen bipolaren Zelle Informationen anders an nachgeschaltete postsynaptische Ganglienzellen weiterleiten können. Eine solche "Multiplex"-Analyse könnte die Möglichkeiten der synaptischen Verarbeitung und Berechnung auch auf andere Bereiche des Gehirns erweitern und die Richtung für weitere Forschungen zu diesem Thema vorgeben.

SYNAPSE TRANSMISSION analysierte auch synaptische Prozesse an bipolaren und Amakrinzell-Terminals unter An- und Abwesenheit von Müllerzellen. Durch Veränderungen bei Helligkeit und zeitlichem Kontrast fand man heraus, dass die Netzhaut weiterhin in der Lage ist, visuelle Informationen zu verarbeiten, wenn auch leicht eingeschränkt.

Neben dieser Arbeit wurde an neuen optischen Werkzeugen geforscht, die künftig Aufschluss über die synaptische Übertragung geben könnten. Zuerst testeten die Wissenschaftler eine räumlich und zeitlich kontrollierte Aktivierung der Synapsen, die die Gesamtfunktion der neuronalen Zelle nicht beeinträchtigt. Hierfür wurde eine Methode entwickelt, bei der Kanalrhodpsin an die präsynaptische Membran bindet. Zum anderen soll demnächst in einem gemeinsamen Projektvorhaben ein neuer ins rote Spektrum tendierender optischer Reporter zur Überwachung von Glutamatsignalen im synaptischen Terminal entwickelt werden.

Da man bei der Entwicklung weiterer sensorischer Systeme vor ähnlichen Hürden steht, können die Forschungsergebnisse von SYNAPSE TRANSMISSION die Forschung an neuronalen und synaptischen Funktionen und der Kodierung sensorischen Informationen durch diese Schaltungen beflügeln.