Zeit-Zellen: Gehirns Uhrenwerk meistert komplexe Aufgaben und entdeckt Alzheimer frühzeitig

BerlinForscher der University of Utah Health haben Gehirnzellen entdeckt, die unser Zeitgefühl steuern. Diese "Zeitzellen" sind entscheidend für das Erlernen von Verhaltensweisen, die präzises Timing erfordern. Sie werden aktiv, um kurze Zeiträume zu verfolgen, und verändern ihre Funktionsweise, während Tiere lernen, verschiedene zeitliche Ereignisse zu unterscheiden. Diese Entdeckung könnte dabei helfen, neurodegenerative Erkrankungen wie Alzheimer früher zu erkennen.

Forscher veröffentlichten eine Studie in Nature Neuroscience, in der sie mit Mäusen die Funktionen von Zeitneuronen untersuchten. Sie setzten eine zeitbasierte Lernaufgabe sowie fortschrittliche Bildgebungstechniken des Gehirns ein. Die Hauptbefunde waren:

• Mäuse mussten zeitliche Unterschiede erlernen, um eine Belohnung zu erhalten.
• Wissenschaftler beobachteten die Aktivität von Zeitneuronen vor und nach dem Lernprozess.
• Zunächst reagierten die Zeitneuronen auf alle Reizmuster gleich.
• Nach dem Lernen entwickelten die Zeitneuronen unterschiedliche Muster für verschiedene Ereignisse.

Die Bedeutung von Zeit-Zellen geht über das bloße Nachverfolgen von Zeit hinaus. Bei einer Studie fanden Forscher heraus, dass Mäuse trotz einer Blockade des medialen entorhinalen Cortex (MEC), in dem sich die Zeit-Zellen befinden, immer noch Zeit wahrnehmen und vorhersagen konnten. Allerdings konnten sie keine neuen zeitbezogenen Aufgaben erlernen. Erin Bigus, eine Forschungsassistentin, erklärte, dass der MEC wichtig für das Erlernen komplexer Zeitbeziehungen ist.

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Frühere Studien über den MEC zeigten, dass er beim Lernen über räumliche Zusammenhänge und beim Erstellen mentaler Karten hilft. Die Forscher dieser Untersuchung entdeckten, dass die Gehirnaktivitäten bei Aufgaben, die sich auf Zeit und räumliches Lernen beziehen, ähnlich sind. James Heys, PhD, ein Assistenzprofessor in Neurobiologie, erklärte, dass der entorhinale Cortex möglicherweise sowohl Entfernung als auch Zeit verfolgen kann.

Die Studie zeigt, dass das Gehirn Raum und Zeit auf ähnliche Weise verarbeitet. Diese Erkenntnisse könnten helfen, Krankheiten wie Alzheimer frühzeitig zu erkennen. Alzheimer greift zuerst den medialen entorhinalen Kortex (MEC) an, daher könnten Aufgaben, die komplexes Timing erfordern, zur früheren Diagnose der Krankheit beitragen.

Die Untersuchung wurde von der Whitehall Foundation, der Brain and Behavior Research Foundation, den National Institutes of Health und der National Science Foundation finanziert. Das Forschungsteam ist der Ansicht, dass durch ein besseres Verständnis der zeitlichen Prozesse im Gehirn neue Diagnosemöglichkeiten für neurodegenerative Erkrankungen entwickelt werden können.