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Damit das Gehirn Wichtiges speichern und Unwichtiges vergessen kann, verlaufen zwischen den Nervenzellen ständige Umbauprozesse in den Synapsenverbindungen. Die bisherige Annahme, dass nur Empfängerelemente diesen Umbau steuern, wurde nun von Wissenschaftlern am Max-Planck-Institut für Neurobiologie in Martinsried widerlegt. "Sender und Empfänger sind bei der Gestaltung dieser Synapsen gleichermaßen beteiligt", so Studienleiter Valentin Nägerl. Es gelang erstmals, die aktive Reaktion der Sendeeinheit auf aktuelle Bedürfnisse zu beweisen. Gezeigt wurde auch, dass bei geringem Informationsfluss überflüssige Sendestationen abgebaut werden, wodurch die Gesamtzahl der Synapsen etwa gleich bleibt.

"Bisher war die Untersuchung der Sendeelemente aus technischen Gründen nicht möglich", erklärt Nägerl. Mittels einer neuen Färbemethode, durch die der Farbstoff von der Nervenzelle selbst modifiziert wird und ihn bis zu ihren Synapsen ausbreitet, konnten nun synaptisch verbundene Zellen mit unterschiedlichen fluoreszierenden Farben markiert werden. Der als Hippocampus bezeichnete Teil eines Mäusegehirns diente dabei als Versuchsobjekt. Durch Veränderung der Synapsenverbindungen bildet dieses kleine Gehirnareal eine Art Zwischenspeicher für die Gedächtnisbildung und lässt damit Parallelen zur Funktionsweise des menschlichen Gehirns ziehen. Der Zeitraffer im Zwei-Photonen-Mikroskop dokumentierte, wie sich beide Synapsenseiten der Zelle während sechs Stunden veränderten.

Wurde bisher angenommen, das nur die Empfängerstation der Synapse an Veränderungen beteiligt ist, so zeigte sich ein ganz anderes Bild. Auch die Sendestationen waren am ständigen Umbau der Synapsen aktiv und bauten sich selbst ab, wenn die Zelle keine Informationen mehr weiterleiten musste. "Der Informationsfluss verläuft nur in eine Richtung. Doch der Umbau der Synapsen geschieht durchaus in einer Wechselwirkung, an der Empfänger- und Senderseite gleichermaßen beteiligt sind", fasst Nägerl zusammen.

Gleichzeitig beobachteten die Neurobiologen am Mikroskop auch das Auseinanderbrechen der Kontakte zwischen Sender und Empfänger, während anderswo neue Synapsen aufgebaut wurden. Für Nägerl ist dies ein Hinweis auf einen Ausgleich der Verbindungen. "Bereits codierte Informationen werden überschrieben, wenn sie nicht mehr gebraucht werden. Damit bleibt die Anzahl der Synapsen etwa gleich, während sich jedoch ihre Qualität verändern kann." In diesem Auf- und Abbau der Synapsen sei die Fähigkeit des Gehirns grundgelegt, sich zu erinnern oder zu vergessen. "Weitere Untersuchungen der Senderseite sollen zeigen, inwiefern Krankheiten wie Epilepsie oder Alzheimer auf deren Schädigung zurückzuführen sind", so Nägerl abschließend.