Max-Planck-Institut für biologische Intelligenz (Standort Martinsried)

Zwillingsstudie spürt im Dünndarm Bakterien auf, die eine Rolle bei der Entstehung von MS spielen

Vogelarten, die erfolgreich Städte besiedeln, sind farbenfroher und weniger braun

Unter Schlafmangel tauschen die Vögel Wachsamkeit gegen Tiefschlaf ein

Forschungsergebnisse zeigen, wie das Gehirn den Nährstoff- und Flüssigkeitsbedarf des Körpers bewertet und darauf reagiert

Auch im visuellen Kortex von Mäusen schließen sich Nervenzellen mit gleicher Funktion in Säulen zusammen

„Der Mensch kann tun, was er will, aber er kann nicht wollen, was er will.“ In der Frage, ob der Mensch sein Handeln selbst bestimmt, vertrat der Philosoph Arthur Schopenhauer einen klaren Standpunkt: Einen freien Willen gibt es nicht! Bis heute haben Philosophie und Wissenschaft keine endgültige Antwort darauf gefunden. Für Herwig Baier vom Max-Planck-Institut für biologische Intelligenz liegt das vor allem an den unterschiedlichen Begriffen von Freiheit.

Großes Bewegungstalent besitzt eine wenige Tage alte Zebrafischlarve noch nicht – kurze, heftige Schwanzschläge, viel mehr ist in diesem Alter nicht drin. Herwig Baier vom Max-Planck-Institut für Neurobiologie in Martinsried bei München reicht das aber schon. Ein einfaches und vor allem durchsichtiges Gehirn ist für ihn viel wichtiger, schließlich will er einzelne Nervenzellen mit Licht an- und ausschalten und so herausfinden, wie das Gehirn Bewegungen und Verhalten steuert.

Am Anfang gab es nur einen kleinen Trampelpfad zwischen dem Max-Planck-Institut für Neurobiologie in Martinsried und dem Stadtrand von München. Inzwischen ist an der Münchner Peripherie ein riesiger Biocampus entstanden, und aus dem Pfad wurde ein breiter Weg. Tobias Bonhoeffer zufolge funktionieren Lernen und Gedächtnis ganz ähnlich: Intensiv benutzte Wege werden ausgebaut, unwichtige Strecken oder Sackgassen stillgelegt.

Nervenzellen im visuellen Cortex antworten auf einfache Lichtreize, z.B. Linien oder Kanten einer bestimmten Orientierung im Raum. Dabei ändert sich die von einer Zelle bevorzugte Orientierung überraschenderweise im Lauf der Zeit, es kommt zur „Drift“. Unsere Experimente zeigen nicht nur die Eigenschaften dieses Phänomens im visuellen Cortex, sondern sie liefern auch Hinweise darauf, was seine Ursache ist und welche Mechanismen der Drift entgegenwirken.

Wir nehmen Gerüche nicht immer gleich wahr. Stattdessen bestimmen frühere Erfahrungen, Umstände und innere Zustände wie Hunger oder Stress unsere Geruchswahrnehmung– und damit gegebenenfalls auch, mit welcher Verhaltensäußerung wir reagieren. Was dabei im Gehirn geschieht, untersucht unsere Arbeitsgruppe am Modell des Zebrafisches. Im transparenten Gehirn der Tiere können wir die sensorischen, assoziativen und motorischen Schaltkreise untersuchen, die zusammenwirken, um geruchsgesteuertes Verhalten hervorzubringen.

Depression ist eine psychische Erkrankung, die unsere Gedanken, Stimmung und Fähigkeit zu simplen Handlungen beeinträchtigen kann. Daher scheint sie ein Netzwerk von Hirnregionen zu beeinflussen, die an der Handlungsmotivation beteiligt sind. Wir am Max-Planck-Institut für Neurobiologie untersuchen, welcher Teil des Gehirns aktiv ist, wenn Mäuse spontan handeln. Wir nutzen eine neue Methode, welche die Aktivität des gesamten Gehirns misst. Unser Ziel ist es zu verstehen, welche Hirnschaltkreise den Handlungsdrang steuern und inwiefern diese bei psychiatrischen Erkrankungen verändert sind. 

Neurodegenerative Erkrankungen sind verheerende Krankheiten, deren grundlegende Mechanismen noch nicht ausreichend erforscht sind. Ein gemeinsames Merkmal sind Eiweißablagerungen im Gehirn. Mithilfe histologischer und biochemischer Methoden, Verhaltensanalysen sowie mikroskopischer Untersuchungen an lebenden Organismen (Invitralmikroskopie) untersucht unsere Forschungsgruppe die Auswirkungen dieser Eiweißablagerungen auf Nervenzellen. Unsere Studien sollen dabei helfen, die Entstehung neurodegenerativer Erkrankungen besser zu verstehen, um in Zukunft effiziente Therapien entwickeln zu können.

Wenn wir die Augen öffnen und umherblicken, erkennen wir in Sekundenbruchteilen, wo wir uns befinden; wir wissen, welche Gegenstände uns umgeben und in welche Richtung sie sich bewegen. All diese Informationen sind zwar in den Bildern vorhanden, die unser Gehirn von der Netzhaut empfängt, aber nur implizit: um die Information explizit zu erhalten, muss unser Gehirn rechnen. Wie aber rechnen Nervenzellen? Am Beispiel des Bewegungssehens der Fruchtfliege Drosophila gelang es uns in den letzten Jahren, diese Frage in weiten Teilen erstmals aufzuklären.