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Hirnforschung an der Universität Leipzig

09.03.2000 - (idw) Universität Leipzig

Die Universität Leipzig stellt sich anläßlich der von der Europäischen Dana Allianz für das Gehirn ausgerufenen "Woche des Gehirns" (13.-19.3.2000)als traditioneller und anerkannter Standort für Hirnforschung vor,an dem sich die verschiedensten Aktivitäten auf diesem Gebiet bündeln. Im folgenden wird ein Überblick über die wichtigsten mit neurowissenschaftlicher Forschung befaßten Institutionen sowie ein Einblick in die neuesten Forschungen und aktuellen Forschungsergebnisse gegeben.

Die wichtigsten mit Hirnforschung befaßten Institutionen

Mit dem Paul-Flechsig-Institut für Hirnforschung verfügt die Universität Leipzig über eines der ältesten Hirnforschungsinstitute in Deutschland. Hier wird Grundlagenforschung mit modernsten Methoden betrieben. Derzeitige Schwerpunkte sind die Alzheimer-Forschung (Prof. Dr. Thomas Arendt und Prof. Dr. Volker Bigl, Direktor des Instituts und Rektor der Universität Leipzig) sowie die Erforschung der Gliazellen und der Netzhaut des Auges als Modellsystem des Gehirns (Prof. Dr. Andreas Reichenbach mit Augenklinik). Ein Alzheimer-Zentrum, das Prof. Arendt leitet, soll eine Verbindung zwischen Patient, Arzt und Forschung herstellen. Ferner leitet Prof. Arendt ein EU-Projekt über "Mechanismen der Zellzyklus-Aktivierung bei Neurodegeneration".

Am Max-Planck-Institut (MPI) für neuropsychologische Forschung in Leipzig wird unter Prof. Dr. Yves von Cramon in Zusammenarbeit mit der Tagesklinik für kognitive Neurologie über die Rehabilitation von Patienten gearbeitet, die die Fähigkeit verloren haben, Sprache zu verstehen. Prof. Dr. Angela Friederici leitet den Forschungsschwerpunkt zur Verarbeitung von Inhalten der gesprochenen Sprache, die über die Lautmelodie ausgedrückt werden.

Im Interdisziplinären Zentrum für klinische Forschung (IZKF) in Leipzig, einer vom Bundesministerium für Bildung und Forschung finanzierten Einrichtung, ist ein Forschungsschwerpunkt den Neurowissenschaften gewidmet, deren Leitung bei Prof. von Cramon liegt. Das IZKF in Leipzig ist eines von insgesamt neun in Deutschland und das einzige in den neuen Bundesländern.

Der Neurobiologe Prof. Dr. Rudolf Rübsamen vom Institut für Zoologie leitet ein von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) finanziertes Schwerpunkt-Programm zum Thema "Zeitgebundene Informationsverarbeitung im zentralen auditorischen System". An diesem Forscherverbund, zu dem auch Wissenschaftler anderer Universitäten gehören, sind ferner die Wissenschaftler vom MPI für neuropsychologische Forschung, der Tagesklinik für kognitive Neurologie und Dr. Christian Kaernbach vom Institut für Allgemeine Psychologie beteiligt. Sie arbeiten über zentrale Hörstörungen, d.h. Hörstörungen, die durch eine Schädigung des Gehirns bedingt sind.

In einem Graduiertenkolleg Neurowissenschaften zum Thema "Interzelluläre Kommunikation im normalen und pathologisch veränderten Zentralnervensystem" (Prof. Dr. Reichenbach, Prof. Dr. Klaus Schildberger vom Institut für Zoologie) kommen Nachwuchswissenschaftler zusammen, die über Fakultätsgrenzen hinweg an neurowissenschaftlichen Fragen arbeiten.


Neueste Forschungen und Forschungsergebnisse in der Hirnforschung (1)

Wegweisender Erfolg in Alzheimer-Forschung

Einen Erfolg auf dem Weg zu einer Erklärung und möglichen Therapie der Alzheimer Krankheit kann Prof. Dr. Thomas Arendt vom Paul-Flechsig-Institut für Hirnforschung in Leipzig gerade verbuchen. Seine bereits 1993 aufgestellte Hypothese, wonach die Nervenzellen zugrunde gehen, weil ihre Teilungsregulation gestört ist, scheint sich zu erhärten.

Um Schäden auszugleichen, aktiviert die Nervenzelle - so die Annahme - ein Zellteilungsprogramm, obgleich sie sich als differenzierte Zelle nicht mehr teilen kann. Die daran beteiligten molekularen Prozesse ähneln denen, die bei der Tumorentstehung ablaufen. Nach Aktivierung des Zellteilungsprogramms kann die Nervenzelle dieses nicht vollständig durchlaufen, kann aber auch nicht mehr zurück in den Ruhezustand. Die Alternative, die ihr bleibt, ist der Zelltod. Von dieser Hypothese ausgehend, hat der Leipziger Wissenschaftler nun in eine Zelle ein Gen hineingebracht, das ihren Eintritt in den Teilungsprozeß verhindern sollte. Das Gen wirkte tatsächlich protektiv, durch diese Fixierung im Ruhezustand wurde die Zelle widerstandsfähiger gegen Schädigungen. "Das Prinzip funktioniert erst mal", sagt Arendt erfreut.

Diesem erfolgreichen Experiment war eine andere Erkenntnis vorangegangen: Lymphozyten (weiße Blutkörperchen) tragen an ihrer Oberfläche die gleichen Rezeptoren wie die Nervenzellen für Signalmoleküle, die Wachstumsprozesse stimulieren (neurotrophen Faktoren). Daher eignen sie sich als Zellmodell, praktisch als Ersatz für eine Nervenzelle, an dem man die Rezeptor-vermittelte Zellteilung testen kann: Arendt stimulierte also Lymphozyten von Alzheimer-Patienten mit neurotrophen Faktoren und stellte fest, daß auch sie Störungen im Teilungsverhalten aufweisen.

Würden sich diese Anfangserfolge weiter bestätigen, so hätte man über eine Untersuchung von Lymphozyten einerseits ein Instrument zur Früherkennung der Alzheimer Krankheit in der Hand. Andererseits könnte Arendts "Vision", die Krankheit mit einer in den Zellteilungsmechanismus von Nervenzellen eingreifenden Gentherapie in ihrem weiteren Fortschreiten hemmen zu können, Realität werden.

Mit sieben namhaften europäischen Einrichtungen will Arendt diese Spur weiter verfolgen. In einem mit drei Millionen Mark geförderten EU-Projekt, das über vier Jahre läuft und dessen Leitung ihm obliegt, wird er zusammen mit dem Weizmann-Institut in Israel, dem Karolinska-Institut in Schweden und den Universitäten von Barcelona, Florenz, Kuopio (Finnland), von Newcastle upon Tyne und von Würzburg unter dem Thema "Mechanismen der Zellzyklus-Aktivierung bei Neurodegeneration" an diesem Problem arbeiten.

In einem internationalen Symposium zur Gründung ihres Forscherverbundes kommen die Projektpartner vom 17.-19.3.2000 zu ihrem ersten Treffen in der Tagungsstätte der sächsischen Hochschulen, dem Landsitz "Energie" Wilhelm Ostwalds in Großbothen zusammen. Die Tagung wird am 18.3.2000, 8.30 Uhr eröffnet. Die Presse ist herzlich eingeladen.


Neueste Forschungen und Forschungsergebnisse in der Hirnforschung (2)

Altersbedingte Degeneration ohne Gliazellen nicht zu verstehen

Die Gliazelle, neben der Nervenzelle die zweite Zellart im Gehirn, ist nach Ansicht von Prof. Dr. Andreas Reichenbach vom Paul-Flechsig-Institut für Hirnforschung zu Unrecht lange von der Forschung vernachlässigt worden. Ursprünglich lediglich als "Kitt" angesehen, der die Nervenzellen zusammenhält, erfüllt sie für die Neuronen jedoch wichtige Funktionen: Wenn die Gliazellen ausfallen, hören die Nervenzellen auf, zu funktionieren, erläutert Reichenbach, der das Zusammenspiel von Nerven- und Gliazelle erforscht.

Seine Untersuchungen hat er unter anderem an der Netzhaut des Auges vorgenommen, die laut Reichenbach ein "Modellsystem des Gehirns" ist, da sie im Embryo aus demselben Gewebe wie das Gehirn, als Ausstülpung der Gehirnanlage, entsteht. Die Gliazelle der Netzhaut, "Müllersche Gliazelle" genannt, sei praktisch eine "Ammenzelle", fand er heraus. Sie versorge die Nervenzellen nicht nur mit Nährstoffen, sondern schütze sie auch vor besonders angriffslustigen Molekülen (freien Radikalen). Ferner kontrolliere sie den Extrazellularraum, d.h. den kleinen, mit Flüssigkeit gefüllten Raum zwischen den Zellen, durch den jedes Molekül beim Stoffaustausch zwischen den Zellen hindurch muß.

Für die korrekte Übertragung der Signale in den Synapsen zwischen den Nervenzellen ist die Gliazelle nach Ansicht Reichenbachs ebenfalls zuständig. Anhand der sog. Bergmann-Glia im Kleinhirn konnte er zusammen mit Kollegen - auch vom Berliner Max-Delbrück-Centrum - zeigen, daß kleine Gruppen von Synapsen mit spezialisierten Gliazellfortsätzen in lebhaftem Informationsaustausch stehen. In der Nähe jener Synapsen, die chemische Botenstoffe (Transmitter) ausschütten, steigt in diesen "zugehörigen" Gliazellfortsätzen die Kalziumionen-Konzentration an. Für den Neurophysiologen Reichenbach ist dies ein Zeichen dafür, daß dort die Gliazellen den Botenstoff so schnell wie möglich as dem synaptischen Spalt entfernen und recyceln. Die Folge: Der Botenstoff kann nicht an eine benachbarte Synapse diffundieren, das Signal werde also nicht verwässert und unscharf. Außerdem ist damit der synaptische Spalt schnell wieder frei für das nächste eintreffende Signal.

Wenn eine Synapse besonders häufig aktiv ist, sollen die Kalzium-Signale im zugehörigen Gliazellfortsatz dazu führen, daß diese Synapse zukünftig besonders effektiv in ihrer Funktion unterstützt wird: Das könnte eine wichtige Grundlage des Lernens sein, erklärt Reichenbach. Nicht benutzte Synapsen dagegen werden von den Gliazellen abgebaut. Welchen spezifischen Anteil die Gliazellen an den verschiedenen Formen von degenerativen Veränderungen im Gehirn haben, werde derzeit intensiv erforscht.


Neueste Forschungen und Forschungsergebnisse in der Hirnforschung (3)

Entwicklung von Testverfahren für zentrale Hörstörungen

An der Entwicklung von Testverfahren zur Diagnose von zentralen Hörstörungen arbeitet der Leipziger Neurobiologe Prof. Dr. Rudolf Rübsamen vom Institut für Zoologie. Zentrale Hörstörungen sind Störungen, bei denen das Innenohr intakt, das zentrale System (das Gehirn) jedoch geschädigt ist - häufig nach Schlaganfällen oder Unfällen.

"Wenn man Schlaganfall-Patienten mit Sprachverständigungsproblemen hat, da möchte man wissen, welche Art von Schädigung vorliegt", sagt Rübsamen. Daneben sei es auch und besonders für Kinder wichtig, Hörstörungen möglichst frühzeitig und in ihrer Ursache möglichst exakt zu erkennen, ist doch die gesamte intellektuelle Entwicklung des Menschen hauptsächlich an die Sprachentwicklung gekoppelt und setzt somit ein intaktes Hörvermögen voraus. Während man aber bei der Lähmung des rechten Arms etwa "einen starken Hinweis darauf hat, daß eine bestimmte Region im linken Vorderhirn Funktionsausfälle zeigt oder degeneriert ist", seien solch einfache Zuordnungen beim zentralen Hörsystem nicht möglich, erklärt Rübsamen. Bislang gebe es kein generelles Verständnis davon, in welchen Regionen des Gehirns welche akustischen Signalcharakteristika verarbeitet werden. Dies aufzuklären, daran arbeitet er mit seinen Kollegen.

Durch akustische Testungen an neurologischen Patienten - meist nach Schlaganfällen - in der Tagesklinik für kognitive Neurologie versucht der Wissenschaftler, seine Hypothesen zur Spezifität akustischer Signalverarbeitung auf verschiedenen Ebenen des zentralen auditorischen Systems zu überprüfen. Als Vergleich dient ihm eine Basisstudie an normalhörenden Versuchspersonen, die identischen Tests unterzogen worden sind. Bei den Tests wird zwischen der Verarbeitung verschiedener akustischer Kenngrößen unterschieden, die in ihrer Gesamtheit sowohl bedeutungstragende Umweltgeräusche als auch Sprachsignale charakterisieren: Frequenz (Tonhöhe), Amplitude (Lautstärke) und Zeitinformation (Pausen, Tondauer). Ziel ist es, Leistungsminderungen bei der Differenzierung akustischer Signale - und damit bestimmte Hörschäden - dem Ausfall einzelner Verarbeitungsstationen in dem sehr komplexen Hörsystem zuordnen zu können.

Von besonderer Bedeutung für das Hörsystem ist die zeitgebundene Kodierung und Verarbeitung akustischer Information, erklärt Rübsamen. Wie diese strukturiert ist, untersucht er mit Prof. Dr. Yves von Cramon und Prof. Dr. Angela Friederici vom Max-Planck-Institut für neuropsychologische Forschung in Leipzig, Dr. Christian Kaernbach vom Institut für Allgemeine Psychologie sowie mit Wissenschaftlern anderer Universitäten innerhalb eines von der Deutschen Forschungsgemeinschaft geförderten Schwerpunkt-Programms. Neben genaueren Verfahren zur Hördiagnostik erhofft er sich von den Forschungsergebnissen auch effizientere technische Hörhilfen (digitale Hörgeräte und Innenohr-Implantate) und verbesserte Verfahren zur gehörgerechten Signalverarbeitung in technischen Systemen (z.B.Mensch-Maschine-Kimmunikation mit Sprachsteuerung oder Multimedia- Anwendungen).

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