Forschungsschwerpunkt

Institut für synaptische Physiologie

Thomas G. Oertner

Nervenzellen sind über chemische Synapsen miteinander verbunden. Diese Kontakte sind nicht statisch, sondern können die Übertragungsstärke ändern – synaptische Plastizität. Ändern sich die Synapsen, ändert sich auch die Informationsverarbeitung in dem entsprechenden neuronalen Netzwerk.

Wir möchten verstehen, nach welchen Regeln individuelle Synapsen ihre Stärke einstellen, und wie sich dieser Prozess auf die Lebensdauer synaptischer Verbindungen auswirkt. Dazu müssen wir nicht nur die elektrische Aktivität einzelner Nervenzellen messen und kontrollieren, sondern auch die molekularen Mechanismen verstehen, die sich innerhalb der Zelle abspielen.

Wir verwenden optische Methoden, wie zum Beispiel die Zwei-Photonen-Mikroskopie, um die extrem schwachen biochemischen Signale in einzelnen Synapsen zerstörungsfrei messen zu können. Diese optophysiologischen Experimente werden durch genetisch kodierte Sensoren und Aktuatoren ermöglicht, die die Zelle selber herstellt – eine völlig neues Forschungsgebiet, das man als Optogenetik bezeichnet.

In den letzten Jahren haben wir zahlreiche neue optogenetische Werkzeuge entwickelt, in enger Zusammenarbeit mit dem Biophysik-Labor von Peter Hegemann an der HU Berlin. Ein Beispiel ist iChloC, ein lichtgesteuerter Chloridkanal, mit dem man Nervenzellen durch blaues Licht ruhig stellen kann.

Ziel unserer Forschung ist, die Prozesse zu verstehen, durch die wir Erinnerungen ein Leben lang speichern und jederzeit wieder abrufen können. Die Verschaltung unseres Gehirns reflektiert die Summe aller Sinneseindrücke und Erfahrungen, die wir im Laufe unseres Lebens gemacht haben.

Die Proteine in jeder einzelnen Synapse werden aber über Diffusion und Transportprozesse ständig ausgetauscht, jede Synapse besteht also jeden Tag aus komplett anderer Substanz. Wir vermuten, dass die Verschaltung des Gehirns aktiv aufrechterhalten werden muss, was unter anderem den hohen Energieverbrauch unseres Gehirns im Schlaf erklären würde.

Für unsere Forschung verwenden wir in erster Linie Schnittkulturen des Hippokampus der Ratte, die wir in speziellen Inkubatoren für viele Wochen kultivieren können. An diesen Gewebestücken können wir die Entstehung von Netzwerken ideal untersuchen, da alle wichtigen Zelltypen vorhanden sind und die elektrischen Aktivitätsmuster denen intakter Tiere ähneln. Wir hoffen, mit dieser Strategie und dem optogenetischen Werkzeugkasten dem Geheimnis der Synapsen auf die Spur zu kommen.

Auf der englischen Seite finden Sie weitere Informationen über die einzelnen Forschungsprojekte in unserer Abteilung.