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Gleichgewichtssinn, NEUROLAB

13.03.1998 - (idw) Universität Ulm

13. Maerz 1998 - Pm/Mp

Gleichgewicht im Orbit

NEUROLAB-Mission mit Ulmer Grillen

Am 16. April 1998 startet die Raumfaehre Columbia zu einem 17taegigen Flug ins All. Im Mittelpunkt dieser NEUROLAB genannten Mission stehen bestimmte Aspekte der Hirnforschung. Anhand von 26 aus einem internationalen Wettbewerb ausgewaehlten Experimenten - 18 aus den USA, 1 aus Japan und 7 aus Europa - soll der Einfluss der Schwerkraft auf verschiedene Gehirnfunktionen untersucht werden. Prof. Dr. Eberhard Horn (Abteilung Neurologie der Universitaet Ulm) wird mit der NEUROLAB-Mission einen von drei deutschen Versuchen in den Orbit schicken. Mit CRISP (Crickets in Space) beteiligt sich Horn zum dritten Mal mit eigenem Experiment an einer Weltraummission. An der Grille (cricket) als Modelltier untersucht der Ulmer Neurobiologe mit seinem Team grundlegende Fragen des Wechselspiels zwischen genetischen Anlagen und Einfluessen der Umwelt bei der Entwicklung des Gleichgewichtssinns.

Genetische Anlagen und das natuerliche Gravitationsfeld fuehren bei Mensch und Tier zur Ausbildung von Reflexen, die von Schweresinnesorganen gesteuert werden (etwa Haltungs- und Augenstellungsreflexe). Welchen Anteil die Schwerkraft hat, soll dadurch herausgefunden werden, dass man Tiere voruebergehend einer Veraenderung des natuerlichen Schwerefeldes (Hypergravitation oder Schwerelosigkeit) aussetzt. Fuer seine einschlaegigen Experimente hat Prof. Horn Grillen als Tiermodelle gewaehlt.

Grillen haben ein Schweresinnesorgan, das aussen auf dem Koerper sitzt. Es ist daher kein Eingriff erforderlich, um zu erkennen, ob ein Aufenthalt in der Schwerelosigkeit seinen Aufbau beeinflusst hat. Grillen fuehren eine Verhaltensreaktion als Antwort auf eine Änderung ihrer Koerperlage aus, den sogenannten kompensatorischen Kopfreflex. Diese Reaktion steht in eindeutigem Bezug zur Richtung des Schwerereizes. Dadurch ist es moeglich, die Auswirkungen von Veraenderungen innerhalb des neuronalen Netzwerks infolge eines Aufenthalts unter Schwerelosigkeit quantitativ zu bestimmen. Ferner verfuegen Grillen ueber spezifische gut identifizierbare Nervenzellen, deren Aktivitaet ebenso wie die Verhaltensreaktion von der Lage des Tieres in bezug auf den Schwerereiz abhaengt. Fuer sie koennen Schnelligkeit und Guete der Informationsuebertragung vom Sinnesorgan bestimmt und Änderungen in der Übertragungsleistung erkannt werden. Schliesslich besitzen Grillen ein Sinnesorgan, das auf Windreizung reagiert und in unmittelbarer Naehe des Schweresinnesorgans liegt. Dadurch ergibt sich die Moeglichkeit zu erkennen, ob als Folge eines Aufenthalts in der Schwerelosigkeit allgemein Veraenderungen von Sinnesleistungen, also auch beim windempfindlichen Organ, auftreten, oder spezifisch nur bei den schwerkraftempfindlichen Sinnesorganen. Darueber hinaus haben Grillen die Faehigkeit zur anatomischen und funktionellen Regeneration, sie koennen verlorengegangene Koerperteile waehrend der Entwicklung neubilden. Und da Grillen in ihrer Entwicklung verschiedene Larvenstadien durchlaufen, lassen sich eindeutig definierbare Stadien den veraenderten Schwerkraftbedingungen aussetzen.

Mit NEUROLAB werden Eier und verschiedene Larvenstadien in die Umlaufbahn gebracht. Die Experimente mit den Grillen beginnen nach Beendigung des Raumflugs und werden 6 Wochen dauern. Untersucht wird, ob der Entzug der Schwerkraft die Entwicklung des Schweresinnessystems aendert und, wenn ja, ob diese Änderungen reversibel sind. Es werden drei Testgruppen mit unterschiedlichen Fragestellungen gebildet. Bei der Verhaltensgruppe werden Auswirkungen der Schwerelosigkeit auf die Kontrolle der Kopfstellung untersucht. Die Gruppe gibt eine Antwort auf die Frage, ob die Effizienz des gesamten Systems durch den Aufenthalt unter Schwerelosigkeit veraendert wurde. Ausserdem wird hier durch anatomische Untersuchungen das Verschaltungsmuster des Sinnesorgans im Nervensystem bestimmt. Bei der Physiologie-Gruppe wird den Auswirkungen der Schwerelosigkeit auf die Übertragung der Information vom Sinnesorgan auf die Nervenzellen nachgegangen. Darueber hinaus erfolgen bei dieser Gruppe anatomische Untersuchungen zur Struktur der Nervenzellen. Damit soll eine Antwort auf die Frage gefunden werden, ob die Ursachen fuer auftretende Änderungen lokalisierbar sind, zum Beispiel die Synapsen oder die Struktur der Nervenzellen betreffen. In der Regenerationsgruppe werden mittels Verhaltensuntersuchungen das Auftreten und die Effizienz von Regenerationsprozessen bei Tieren mit Schwerelosigkeitserfahrungen geprueft. Dazu werden den Tieren unmittelbar vor dem Beginn der Mission die Schweresinnesorgane entfernt. Diese Gruppe kann auch die Frage beantworten, inwieweit Regenerationsprozesse genetisch vorprogrammiert sind.

Die klassische Methode zur Beantwortung der Frage, in welchem Masse die genetischen Anlagen zur Entwicklung von Sinnessytemen durch Umgebungsreize beeinflusst werden, ist der Reizentzug. Ihre Bedeutung zeigte sich auch in den Arbeiten von David Hubel und Torsten Wiesel (Medizin-Nobelpreis 1981) zur Entwicklung des Sehsinnes. Noch der Klaerung bedarf die Frage, ob in der signifikanten Beeinflussung von Sinnessystemen durch Reizentzug ein allgemeines Entwicklungsprinzip zu sehen ist.


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