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Verschiedene psychiatrische Krankheiten, wie beispielsweise Autismus und Schizophrenie, manifestieren sich unter anderem auch durch ?hnliche kognitive und soziale Verhaltensauff?lligkeiten. Ein verbindendes Merkmal dieser Erkrankungen scheint ein erh?htes Aktivit?tsverh?ltnis zwischen stimulierenden und hemmenden Neuronen zu sein. Experimentell sind solche Vermutungen nur schwer zu belegen. Mit Hilfe der Optogenetik, einer neuen, innovativen Methode, mit der durch Licht aktivierbare Proteine aus Mikroorganismen in ausgew?hlte Neuronen eingebracht werden, k?nnten diese Zusammenh?nge aufgekl?rt werden.

Die Ergebnisse dieser Arbeit wurden kürzlich in der Online-Ausgabe von Nature ver?ffentlicht. In enger Kooperation mit Neurophysiologen aus Stanford hat die Arbeitsgruppe von Peter Hegemann vom Institut für Biologie der Humboldt-Universit?t einen neuen lichtaktivierten Kanal, Channelrhodopsin (ChR), mit extrem langer ?ffnungszeit entwickelt. Dieser erm?glicht es, Neuronen mit einem blauen Millisekunden-Lichtpuls für mehrere Minuten zu aktivieren. Weiterhin wurde eine Channelrhodopsinvariante, die Grünlicht absorbiert, entwickelt. Dadurch er?ffnet sich die M?glichkeit, zwei Neuronenpopulationen effizient und unabh?ngig voneinander mit Licht zu aktivieren.

Beide neu eingeführten optogenetischen Werkzeuge wurden in der Gruppe von Karl Deisseroth (Stanford) in stimulierende und hemmende Neuronen des medialen pr?frontalen Kortex von M?usen implementiert. W?hrend das Verhalten der M?use beobachtet wurde, konnte durch eine dünne, flexible Glasfaser situationsabh?ngig Licht ins Gehirn appliziert werden. Extrazellul?re Ableitungen am Gehirn best?tigten, dass eine Erh?hung der Gamma-Wellen zwischen 30 - 80Hz, wie sie bei Schizophrenie und Autismus beobachtet wird, durch Licht ausgel?st werden konnte. Hierbei zeigten die M?use bei Lichtstimulation krankheitstypisches Verhalten, das mit sozialen Defiziten korrelierte. Bei gleichzeitiger Aktivierung der Grünlicht-absorbierenden ChRs in den hemmenden Neuronen konnte sowohl die erh?hte Aktivit?t als auch das defizit?re Verhalten kompensiert und normales soziales Verhalten wieder hergestellt werden.

Mit Hilfe dieser neuen optogenetischen Werkzeuge konnte somit gezeigt werden, dass durch Licht aktivierte Neuronen im Kortex der Maus zu Verhaltens?nderungen führen, die mit psychiatrischen Krankheiten assoziiert werden k?nnen.

Yizhar et al. (2011). Neocortical excitation/inhibition balance in information processing and social dysfunction. Nature doi:10.1038/nature10360.

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WEITERE INFORMATIONEN

Prof. Dr. Peter Hegemann
Humboldt-Universit?t zu Berlin
Institut für Biologie
Unter den Linden 6
10099 Berlin
E-Mail: hegemape@rz.hu-berlin.de
Web: http://www2.hu-berlin.de/biologie/expbp/