Bereits Bipolarzellen in der Netzhaut erzeugen Aktionspotenziale

Die Netzhaut muss Bilder „digitalisieren“, um sie über den Sehnerv ins Gehirn weiterzuleiten. Bisher nahm man an, dass dieser Schritt in den Ganglienzellen erfolgt. Forscher um Prof. Dr. Thomas Euler an der Universität Tübingen, am Werner Reichardt Centre for Integrative Neuroscience sowie dem Bernstein Zentrum Tübingen konnten jetzt nachweisen, dass bereits Bipolarzellen digitale Signale verschicken können. Sie fanden in mindestens drei Typen von Bipolarzellen in der Mäusenetzhaut deutliche Hinweise auf schnelle und stereotype Aktionspotenziale. Diese Ergebnisse weisen nach Einschätzung der Wissenschaftler darauf hin, dass die Netzhaut noch keineswegs so gut verstanden ist wie bisher gedacht.

Die Retina schickt nicht nur Lichtmuster 1:1 weiter, sie führt bereits hochkomplexe Verarbeitungsschritte durch, bei denen verschiedene Eigenschaften der Lichtreize herausfiltert werden: ob sich die Lichtintensität an einer Stelle gerade erhöht oder verringert hat, in welche Richtung sich ein Lichtpunkt bewegt oder auch wo eine Kante im Bild verläuft. Um diese Information verlässlich über den Sehnerv ins Gehirn zu übertragen, muss sie in eine Folge von stereotypen Aktionspotenzialen umgewandelt, also „digitalisiert“ werden. Nach der klassischen Lehrmeinung verwenden erst die Ganglienzellen eine Art digitalen Code. Fast alle anderen Zellen, so nahm man an, arbeiten mit abgestuften, also analogen Signalen. Doch Tübinger Forscher konnten nun zeigen, dass bei Säugetieren bereits die Bipolarzellen, welche im retinalen Netzwerk direkt auf die Photorezeptoren folgen, in einem digitalen Modus arbeiten können.

Mit einer neuen experimentellen Technik gelang es dem Wissenschaftler Tom Baden und seinen Kollegen, Signale in den synaptischen Terminalen der Bipolarzellen in der Mäuseretina zu messen. Die Wissenschaftler konnten die Zellen basierend auf ihren Antworten auf einfache Lichtreize acht verschiedenen Typen zuordnen. Diese Typen entsprachen im Wesentlichen jenen, die man auf Grund physiologischer und anatomischer Studien erwartet hatte. Überraschenderweise sahen die Antwortsignale in den schnellsten Zelltypen aber anders aus als erwartet: Sie waren schnell, stereotyp, und tauchten entweder in voller Höhe oder gar nicht auf, waren also nicht abgestuft. All dies sind typische Eigenschaften von Aktionspotenzialen. Früher hatte man solche „digitalen“ Signale zwar bereits vereinzelt in Bipolarzellen beobachtet, aber für Sonderfälle gehalten.

Studien aus den letzten beiden Jahren hatten die klassische Überzeugung, dass Bipolarzellen keine Aktionspotenziale erzeugen, bereits durch die Untersuchung von Bipolarzellen in Fischen ins Wanken gebracht. Die neuen Daten aus Tübingen zeigen jetzt, dass digitale Signale systematisch in bestimmten Bipolarzellen von Säugetieren generiert werden. Aktionspotenziale ermöglichen eine schnellere und zeitlich präzisere Signalübertragung als abgestufte Signale und bieten damit in bestimmten Situationen Vorteile. Damit bringen die Ergebnisse aus Tübingen ein sicher geglaubtes Dogma in der Hirnforschung endgültig zu Fall – und eröffnen eine Vielzahl neuer Fragen.

Originalpublikation:
Baden T., Berens P., Bethge M., Euler T. (2012): „Spikes in Mammalian Bipolar Cells Support Temporal Layering of the Inner Retina“. Current Biology: Dec 13, 2012.

http://dx.doi.org/10.1016/j.cub.2012.11.006

Quelle:
Bernstein Netzwerk Computational Neuroscience