Regulation der molekularen, strukturellen und physiologischen Differenzierung durch physiologische, elektrische Aktivitätsmuster im neonatalen Säugercortex

Während pränataler und früher postnataler Entwicklungsphasen weisen unreife neuronale Netzwerke des Neocortex spontane und evozierte elektrische Aktivitätsmuster auf. Diese sehr frühen, synchronen Aktivitätsmuster tragen zur Selbstorganisation neuronaler Ensembles bei. Diese von jungen Nervenzellen und Gliazellen bereits vor der Geburt in allen Hirnregionen erzeugten Aktivitätsmuster werden als riesenhafte depolarisierende Potentiale (GDPs) oder frühe Netzwerkoszillationen bezeichnet. Ihre zellphysiologischen Mechanismen sind gut charakterisiert: die Erregungswellen werden oftmals von Ca2+-Ionen vermittelt und treten mehr oder weniger zeitgleich in sehr vielen eng benachbart liegenden Zellen auf. Nach wie vor rätselhaft ist, wozu diese Potentiale und Oszillationen dienen. Zum Einen sind sie Ausdruck eines kontinuierlich ablaufenden Selbstorganisations­prozesses. Sie helfen den jungen Zellen beim Überleben, sie bahnen wichtige Entwicklungsereignisse, und sie steuern die Genexpression. Die an diesem interdisziplinären Projekt beteiligten Arbeitsgruppen (Frau Prof. Wahle (Bochum), Prof. Luhmann (Mainz), Prof. Leßmann (Magdeburg)) konnten bereits nachweisen, dass die Potentiale die Produktion des wichtigen Nervenwachstums- und Differenzierungsfaktors BDNF steigern. Die Oszillationen sind die Auslöser der morphologischen, molekularen und physiologischen Reifung der Nervenzellen und der Nervenzellnetzwerke. Möglicherweise prägen sie sogar die Befähigung der jungen Nervenzellnetzwerke zur später einsetzenden gebrauchs- und erfahrungsabhängigen Optimierung der Netzwerkaktivität (z.B. Lernen ). In dem Gemeinschaftsprojekt zwischen den Standorten Mainz, Bochum und Magdeburg wird mit Hilfe elektrophysiologischer Methoden (Multi-Elektroden-Array, Patch-clamp-Ableitungen) sowie verschiedenen histologischen und zellbiologischen Techniken versucht, die molekularen Grundlagen für die Ausbildung früher Netzwerk-Oszillationen zu untersuchen.