Neurobiologie

Stand: 19.10.2026 10:22 Uhr

Unser Gehirn ist ständig in Bewegung, im Sinne von: Es baut sich permanent um, organisiert sich neu, passt sich an das an, was wir sehen, fühlen, denken, erleben, lernen. Das ist schon lange bekannt. Jetzt aber zeigt eine Forschungsgruppe vom Magdeburger Leibniz-Institut für Neurobiologie: Wenn wir etwas lernen, baut das Gehirn nicht nur um – es stabilisiert sich gleichzeitig auch. Und zwar auf den kleinsten Ebenen.

von Daniela Schmidt

Wenn wir etwas lernen, fügen wir unserem Wissen und Können etwas hinzu. Neurobiologisch übersetzt heißt das: Es entstehen neue Verbindungen in unserem Gehirn. Und Verbindungen, die wir nicht "pflegen", indem wir sie nutzen, gehen verloren – "Use it or lose ist", einer der Grundsätze der neuronalen Funktionsweise. Und diese Auffassung: dass Lernen ein Hinzufügen bedeutet, Aktivität, Aufbau – hat dazu geführt, dass die Neurobiologie sich lange vorrangig mit den sogenannten exzitatorischen, also erregenden Synapsen beschäftigt hat. Dem System quasi, das für die neuronale Action sorgt.

Sender und Empfänger

Schauen wir einmal kurz in unser Gehirn, um die Prozesse, die dort ablaufen, besser zu verstehen: Unsere Nervenzellen verfügen über sogenannte Dendriten. Das sind gewissermaßen die Empfangsantennen einer Nervenzelle, über die sie tausende Informationen von anderen Nervenzellen aufnimmt. Einen "Sender" haben die Nervenzellen natürlich auch: Das Axon ist eine Art Leitung, über die eine Nervenzelle Signale an andere weitergibt. Beispiel: unser Rückenmark (ja, Axone gibt es nicht nur winzig klein im Gehirn, sondern stellenweise ist die Leitung wirklich lang).

Sowohl an den Dendriten als auch am Axon sitzen Synapsen. Sie sind sozusagen die "Kontaktstellen", über die Signale empfangen oder herausgegeben werden; ohne Synapsen könnten die Nervenzellen nicht miteinander kommunizieren, unser Gehirn wäre quasi tot. Nun gibt es zwei Arten von Synapsen: Die exzitatorischen, also erregenden, erhöhen die Wahrscheinlichkeit einer Interaktion, sie aktivieren, schieben an. Die inhibitorischen, also hemmenden Synapsen hingegen dämpfen und bremsen Signale eher. Welche Synapsen, würden Sie sagen, sind gefragter, wenn wir etwas lernen? Die erregenden, ist doch klar. Oder?

Bisher wenig über Regulierung bekannt

"Es gibt diese klassische Auffassung, dass Nervenzellen vor allem mit dem positiven Informationsfluss der erregenden Synapsen arbeiten", nickt Dr. Alessio Attardo, Arbeitsgruppenleiter im Bereich Zelluläre Neurowissenschaften am Leibniz-Institut für Neurobiologie in Magdeburg. "Bisher weiß man aber nur wenig über die Regulierung des Ganzen, die von den hemmenden Synapsen übernommen wird." Dass die Auffassung, dass vorrangig erregende Synapsen die ganze Arbeit machen, nicht ganz zutreffend ist, zeigen er und sein Team in einer aktuellen Studie.

Experiment: Mäuse lernen Angst

Für diese Studie beobachtete das Team über 13 Tage hinweg die Gehirne von 23 Mäusen, genauer: ihren Hippocampus, ein Areal, das eine große Rolle bei Lernprozessen, Orientierung und Gedächtnis spielt. Mit Hilfe von Photonen-Mikroskopie und fluoreszierenden Stoffen machten die Forschenden die hemmenden Synapsen und ihre Entwicklung über diesen Zeitraum sichtbar. Während dieses Zeitraums wurden die Mäuse "angst-konditioniert": Sie hörten einen Ton und bekamen kurz darauf einen leichten Stromstoß, sodass sie irgendwann den Ton mit einem Schmerzreiz verbanden. Sie lernten, den Ton zu fürchten.

Eine Nervenzelle - zwei Entwicklungen

Und wie bildete sich das in den Mäuse-Gehirnen ab? Eben nicht ausschließlich durch die Bildung neuer Strukturen. "Unsere Schlüssel-Erkenntnis ist, dass manche Verbindungen beim Lernen in Bewegung geraten, sich verändern, und andere sich stabilisieren – und zwar innerhalb ein und derselben Nervenzelle!", fasst Attardo zusammen. "Das war sehr überraschend: Synapsen, die für einen bestimmten Teil der Nervenzelle zuständig sind, haben sich völlig anders verhalten als Synapsen an einem anderen Teil derselben Zelle."

Trubel am Eingang, Ruhe am Ausgang

Genauer gesagt fand das Forscherteam heraus, dass am "Informationseingang" der Nervenzelle, also an den Dendriten, die hemmenden Synapsen während des Lernprozesses "umbauten", sie organisierten sich neu, manche Strukturen verschwanden, andere kamen hinzu, das System geriet durch das Lernen in Bewegung. Es passierte also das, was man sich jahrzehntelang unter "Lernen" auf der neurobiologischen Ebene vorstellte. Aber eben nicht nur: Am "Sender" der Nervenzelle, also am Axon, von dem aus Signale rausgehen an andere Nervenzellen, stabilisierten sich die hemmenden Synapsen, die bestehenden Strukturen wurden gestärkt. Bildhaft könnte man sagen: Beim Lernen bauen hemmende Synapsen den "Posteingang" ihrer Nervenzelle um und strukturieren ihn neu, der Postausgang hingegen wird stabilisiert, verstärkt, bleibt, wie er ist.

Hemmung genauso wichtig wie Erregung

Was sagt uns das über die Art und Weise, wie wir lernen? "Nun, wir sehen, dass hemmende Verbindungen, die den Informationsfluss regulieren, genauso wichtig sind wie die erregenden Verbindungen. Unsere Studie zeigt die subtile Balance zwischen Erregung und Hemmung." Oder, könnte man auch sagen: zwischen Flexibilisierung, Aufbau, Umbau auf der einen und Stabilität auf der anderen Seite.

Weitere Forschungsfragen

Klar: Mäusegehirne sind keine Menschengehirne. Aber bei der Entdeckung der Magdeburger Forschenden handelt sich um einen derart grundlegenden Mechanismus, dass Studienleiter Alessio Attardo davon ausgeht, dass die bei den Mäusen nachgewiesene Balance so auch beim Menschen funktioniert. Und was könnte aus dieser Erkenntnis nun werden, forschungstechnisch? Attardo hätte da ein paar Ideen: "Das Wissen über die Balance zwischen Erregung und Hemmung im Gehirn kann uns helfen zu verstehen, wie ein Ungleichgewicht zwischen den beiden zu pathologischen Situationen führen kann." Und: "Diese Erkenntnisse ebnen den Weg, um zu schauen, welche Rolle hemmende und erregende Verbindungen zum Beispiel bei Stress und Schlaf spielen – Bereiche, in denen sich die Forschung bisher vor allem auf die erregenden Synapsen konzentriert hat." Ein Umstand, den die Magdeburger Forscherinnen und Forscher nun ändern könnten.