Unsere Erkenntnisse sind überaus wichtig für die Erforschung neurologischer Störungen

Dr. Lyu, Sie haben mit Ihrer Forschung an Fruchtfliegen entschlüsselt, wie olfaktorische Nervennetzwerke entstehen. Dabei entdeckten Sie, dass sich die Hirne der winzigen Tiere neu verdrahten lassen. Wie muss man sich das vorstellen?

Dr. Cheng Lyu: Damit eine Fruchtfliege bestimmte Gerüche wahrnehmen kann, müssen die Nervenzellen im Gehirn präzise verdrahtet sein. Seit Langem wissen wir, dass es auf der Oberfläche von Nervenzellen Moleküle gibt, die wie Identifikationsmarker funktionieren. Bislang war aber unklar, wie diese unterschiedlichen Marker zusammenwirken, damit sich im Gehirn zuverlässig die richtigen Verbindungen bilden.

Jetzt haben wir herausgefunden, dass es auf die exakte Kombination mehrerer Oberflächenproteine ankommt. Man kann sich das wie eine Reihe von „Anweisungen“ vorstellen. Das Spannende ist: Indem wir in einer bestimmten Gruppe von Nervenzellen nur fünf dieser proteinbasierten Anweisungen verändert haben, konnten wir die Verschaltungen komplett verändern.

Noch bemerkenswerter ist: Durch diese „Umverdrahtung“ im Gehirn hat sich das Paarungsverhalten der Tiere geändert. In einem Experiment haben wir einen neuronalen Schaltkreis manipuliert, der normalerweise verhindert, dass männliche Fruchtfliegen einander umwerben. Nach dieser Umverdrahtung taten sie genau das: Die manipulierten männlichen Fliegen umwarben aktiv andere Männchen.

Nun geht es hier um sehr kleine Tiere und noch kleinere Gehirne. Was haben Fliegen- und Menschenhirn gemein?

Dr. Lyu: Wir wissen: Im Lauf der Evolution haben sich über die Arten hinweg oft die gleichen Grundbausteine entwickelt. Diese Oberflächenproteine, die wir bei Fliegen identifizieren konnten, sind denen in uns Menschen sehr ähnlich. Und wir gehen davon aus, dass sich die Logik ihrer Funktionsweise deshalb erhält, weil dieser „kombinatorische Code“ der Proteine so effizient ist. Im Übrigen ist das Hirn der Fliege für solche Experimente offenkundig leichter zugänglich als das des Menschen. Deshalb sind die Ergebnisse aus der Fruchtfliegenforschung meist fundierter und bewähren sich über die Zeit.

Unsere neu gewonnenen Erkenntnisse sind überaus wichtig, weil sie auch die Erforschung von neurologischen Störungen beim Menschen betreffen. Autismus etwa ist nicht die Folge der Veränderung eines einzelnen Gens. Vielmehr sind Dutzende, ja Hunderte Gene an der Störung beteiligt. Wenn wir die zugrunde liegenden Prozesse in den Gehirnen von Fliegen verstanden haben, können wir daraus auch Erkenntnisse für das weitaus komplexere Nervennetzwerk des menschlichen Hirns ableiten.

Verraten Sie uns Ihre Pläne für die Zukunft?

Dr. Lyu: Ich habe an der Westlake University in Hangzhou, China, inzwischen ein eigenes Labor, in dem wir zwei Fragestellungen verfolgen: Erstens wollen wir testen, ob die Verdrahtungsprinzipien, die wir beim Geruchssystem erkannt haben, auch für das kognitive Zentrum im Gehirn von Fliegen gelten, das für das räumliche Gedächtnis und die Navigation zuständig ist.

Zweitens wollen wir herausfinden, wie Veränderungen dieser Netzwerke während der individuellen Entwicklung von Organismen deren kognitive Fähigkeiten beeinflussen. Oder anders formuliert: Können wir den Entwicklungsprozess möglicherweise derart manipulieren, dass eine Fliege schneller lernt oder besser navigiert? Falls wir Prinzipien finden, die die Gehirnfunktion optimieren, könnte das sogar neue Ansätze für die Weiterentwicklung von Künstlicher Intelligenz (KI) hervorbringen. Schließlich lernt KI ständig dazu und entwickelt sich auf der Basis immer neuer Daten automatisch weiter – die Natur führt dieses Experiment seit Millionen von Jahren durch.

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