Dasselbe Gen bestimmt die Größe zweier sensorischer Gehirnbereiche

Dasselbe Gen bestimmt die Größe zweier sensorischer Gehirnbereiche

Die Entdeckung hat Auswirkungen auf das Verständnis der Entwicklung des menschlichen Gehirns und der Unterschiede zwischen den Menschen

LA JOLLA – Wenn Sie verwirrt auf eine optische Täuschung starren, sind zwei unterschiedliche Teile des Neokortex in Ihrem Gehirn hart am Werk: Der primäre visuelle Kortex empfängt Informationen darüber, was Ihre Augen sehen, und die umgebenden visuellen Bereiche höherer Ordnung versuchen dies interpretieren Sie diese knifflige Mischung von Informationen. Diese beiden Bereiche sind jedoch nicht nur in ihrer Funktion miteinander verbunden – das gleiche Gen steuert die Größe jedes Bereichs, so die Forscher von Salk Dennis O'Leary habe es jetzt herausgefunden.

Die Ergebnisse, veröffentlicht in der Zeitschrift eLifehelfen, Aufschluss darüber zu geben, wie sich das menschliche Gehirn entwickelt hat, und könnten erklären, warum manche Menschen optische Täuschungen besser erkennen können als andere.

Der Neocortex – die äußerste, faltige Schicht – des Gehirns von Säugetieren verfügt über primäre und höherwertige Bereiche für Sehen, Hören und Tasten. In jedem Fall empfangen die primären Bereiche sensorische Informationen vom Thalamus und die Bereiche höherer Ordnung verarbeiten diese Informationen. Wissenschaftler gehen seit langem davon aus, dass die Größe dieser Gebiete unabhängig voneinander ist – zum Teil, weil Primaten im Vergleich zu anderen Tieren über größere Gebiete höherer Ordnung verfügen.

Vor etwa einem Jahrzehnt entdeckte O'Learys Forschungsgruppe, dass ein Gen namens Emx2 die Größe des primären visuellen Bereichs des Neocortex kontrollierte. Seitdem hat das Labor die Entwicklung und Organisation des visuellen Kortex durch die Inaktivierung von Emx2 untersucht. Zuletzt fragte sich das Team, was mit Bereichen höherer Ordnung passierte, als die Primärbereiche geändert wurden.

„Wir wollten wissen, wie Bereiche höherer Ordnung beeinflusst werden, wenn der visuelle Kortex ungewöhnlich groß oder ungewöhnlich klein ist, um besser zu verstehen, wie die Anordnung des Kortex während der Entwicklung erzeugt wird“, sagt Andreas Zembrzycki, leitender wissenschaftlicher Mitarbeiter im O'Leary-Labor und Erstautor der Arbeit.

Zembrzycki und O'Leary erhöhten oder verringerten die Aktivität von Emx2 bei Mäusen, um die primären Sehbereiche größer oder kleiner zu machen. Anschließend maßen sie die Größe der visuellen Bereiche höherer Ordnung. In jedem Fall wuchsen oder schrumpften die Bereiche höherer Ordnung im direkten Verhältnis zu den Primärbereichen – wenn der Primärbereich beispielsweise um 150 Prozent größer war, waren auch die Bereiche höherer Ordnung etwa eineinhalb Mal größer.

„Das war wirklich eine sehr große Überraschung“, sagt Zembrzycki. Der Befund weist darauf hin, dass Strukturen höherer Ordnung im Laufe der Evolution wahrscheinlich nicht überproportional zu den entsprechenden Primärgebieten gewachsen sind. Die neuen Ergebnisse deuten auch darauf hin, dass Menschen mit größeren primären Sinnesordnungen wahrscheinlich größere entsprechende Bereiche höherer Ordnung haben. Das ist wichtig, da die Größe der primären Sehbereiche des Menschen enorm variiert – bis zu 300 Prozent.

Wissenschaftler haben kürzlich herausgefunden, dass Menschen mit kleineren primären Sehbereichen häufiger und stärker durch optische Täuschungen getäuscht werden. Je größer Ihr primärer Sehbereich ist, desto besser können Sie optische Täuschungen interpretieren.

„Da die Größe des primären Bereichs und die Größe der Bereiche höherer Ordnung miteinander verknüpft sind, gehen wir davon aus, dass diese Menschen auch über größere visuelle Bereiche höherer Ordnung verfügen, was ihnen dabei hilft, die Illusion deutlich zu erkennen“, sagt Zembrzycki. Abgesehen von der Allgemeinbevölkerung wurden Störungen in der Größe und Struktur der primären Sinnesbereiche mit Krankheiten wie Autismus in Verbindung gebracht. „Angesichts unserer Ergebnisse ist es auf jeden Fall eine Überlegung wert, dass auch Flächendefizite höherer Ordnung zur Krankheit beitragen könnten“, fügt er hinzu.

Da die aktuelle Arbeit an Mäusen durchgeführt wurde, wollen O'Leary und Zembrzycki den Zusammenhang beim Menschen bestätigen, indem sie Gehirnscans verwenden, um die natürliche Variation in den neokortikalen Bereichen zu messen und nach möglichen Zusammenhängen mit Krankheiten zu suchen.

Weitere Forscher an der Studie waren Adam M. Stocker, Axel Leingartner, Setsuko Sahara, Shen-Ju Chou und Scott May vom Salk Institute; und Valery Kalatsky und Michael Stryker von der University of California, San Francisco.

Die Arbeit wurde vom Vincent J. Coates Lehrstuhl für Molekulare Neurobiologie am Salk Institute for Biological Sciences unterstützt.