Wie funktionieren die bipolaren Zellen der Netzhaut genau?
Im Sehsystem fängt eine Neuronengruppe, die sogenannten Bipolarzellen, in der äußeren Retina durch Lichteinfall ausgelöste Fotorezeptorsignale auf und leitet diese Signale an die Ganglienzellen in der inneren Retina weiter. Von dort aus werden die Bilder als Informationen an das Gehirn übermittelt. Dort gibt es mindestens 14 verschiedene Arten von Bipolarzellen und jede wandelt die Fotorezeptorsignale auf ganz eigene Weise um, sodass die neuronalen Schaltkreise der inneren Retina ein visuelles Abbild der Welt erzeugen können. Da Bipolarzellen strukturell und funktional bereits gut erforscht sind, bekam das Projekt switchBoard durch eine EU-Förderung als Marie-Skłodowska-Curie ITN-ETN Gelegenheit, mehr über die Übertragung der Signale von den lichtempfindlichen Fotorezeptoren zu den Ganglienzellen herauszufinden, die den Sehnerv bilden. „Der Name switchBoard – also Schalttafel – ist uns eingefallen, als wir gerade an einem Übersichtsartikel über Bipolarzellen als ‚Bausteine des Sehens‘ arbeiteten. Denn es ist nicht so, dass die Bipolarzellen nur die Fotorezeptorsignale mit den Ganglienzellen der Retina verbinden, sie scheinen diese Signale auch zu verarbeiten“, erklärt Projektkoordinator Thomas Euler.
Die Retina als ideales Modell
Anders als bei den meisten Gehirnsystemen lassen sich Eingangs- und Ausgangssignale an der Retina relativ leicht messen. Die Marie-Skłodowska-Curie- Nachwuchsforscherinnen und -forscher bei switchBoard haben anhand der Retina verschiedener Tiermodelle die Verarbeitung dieser sensorischen Signale untersucht. Die neuronale Aktivität wurde in der Retina mithilfe von Multielektrodenaufzeichnungen und Multiphotonenmikroskopie für das gesamte Netz sowie für die einzelnen Synapsen gemessen. Diese praktischen Forschungsmethoden wurden durch theoretische Überlegungen ergänzt, um „allgemeine Eigenschaften“ der Funktionsweise der Bipolarzellen herauszuarbeiten und vorhersagen zu können. Um zelluläre und synaptische Strukturen zu finden, hatten die Forschenden zusätzlich Zugriff auf eine Vielzahl anderer hochmoderner Technologien, von der Immunmarkierung bis zur Elektronenmikroskopie. Ein wichtiges Ergebnis war, dass Zebrafische Farben aus dem gesamten Bildraum so verarbeiten, dass sie zu den natürlichen Umgebungsbedingungen unter Wasser passen. Das deutet darauf hin, dass sich ihre retinalen Schaltkreise so entwickelt haben, dass sie verhaltensrelevante visuelle Informationen verarbeiten können. Am Mausmodell wurde deutlich, dass das unkontrollierte Zittern des Auges, der sogenannte Nystagmus, das bei Patienten mit kongenitaler stationärer Nachtblindheit auftritt, sehr wahrscheinlich von Aktivität in den inneren retinalen Schaltkreisen verursacht wird. Ist die Ursache der Erkrankung erstmal gefunden, ist der Weg zur Therapie frei.
Erkrankungen der Retina besser verstehen
Wenn bei Menschen mit Sehbeeinträchtigungen die Fotorezeptoren degenerieren oder im schlimmsten Fall verloren gehen, bleiben die Bipolarzellen trotzdem weitestgehend funktionstüchtig. Darum sind Bipolarzellen ein guter Ansatzpunkt für verschiedene Therapien, bei denen die Funktionalität der Fotorezeptoren ersetzt oder gerettet werden soll. switchBoard hat dazu beigetragen, dass nun klarer ist wie sich die Bipolarzellen morphologisch und funktional verändern und mit anderen Neuronen verbinden, die diesen Therapien zu Grunde liegen. „Unsere 15 aus verschiedenen Ländern stammenden Nachwuchsforscherinnen und -forscher haben eine umfassende Ausbildung in experimenteller und computergestützter Neurowissenschaft, Neurotechnologie und Biomedizin erhalten, und werden so dank des Projekts zur nächsten Generation des Retinaforschungsnachwuchses gehören, die das Gesundheitswesen der EU voranbringen kann“, so Euler.
Schlüsselbegriffe
switchBoard, Retina, Netzhaut, Fotorezeptoren, Auge, visuell, Gehirn, Bipolarzellen, bipolare Zellen, Sehen, Ganglienzellen, Neuron, Nervenzelle, Sehnerv
