Thalamus für das Lernen vielleicht wichtiger als gedacht

Der Thalamus könnte bei Lernvorgängen eine größere Rolle spielen als bislang angenommen. Das berichten Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für Neurobiologie in der Zeitschrift Nature Neuroscience (2017; doi: 10.1038/s41593-017-0021-0).

Der Kortex gilt bekanntlich als Sitz von Intelligenz und Bewusstsein. Vorgeschaltete Hirnregionen wie der Thalamus leiten Informationen von den Sinnesorganen an die entsprechenden Kortexregionen weiter und filtern die Signale gegebenenfalls. So steht es meist in den Lehrbüchern. Die Münchner Wissenschaftler vermuten nun, dass dieses Bild teilweise revidiert werden muss. Denn zumindest im Mausgehirn scheint der Thalamus eine deutlich aktivere Rolle bei Lernvorgängen im Bereich der Sehverarbei­tung zu spielen als angenommen.

Zellen im visuellen Kortex verbinden sich während der Entwicklung, um visuelle Umweltreize bestmöglich zu verarbeiten. Dabei kann es vorkommen, dass sich die Signale aus einem Auge nicht mit denen des anderen Auges decken, zum Beispiel bei schielenden Kindern. Die daraus entstehende Sehschwäche kann jedoch bekanntlich oft durch das zeitweise Abdecken des dominanten Auges korrigiert werden. Diese gut untersuchten Vorgänge im visuellen Kortex gelten seit vielen Jahren als Modell für die Untersuchung von Lernmechanismen in der Großhirnrinde am Beispiel der Maus.

Die Wissenschaftler aus der Abteilung von Tobias Bonhoeffer setzten diese Versuchs­anordnung an, aber sie untersuchten während eines temporären Augenverschlusses die Aktivität von Thalamus-Nervenzellen im Maushirn. Sie entdeckten, dass diese Zellen die Informationen aus den Augen nicht einfach an den Kortex weitergaben, sondern ihre Signale in Reaktion auf den Augenverschluss durch Stärkung ihrer Verbindungen veränderten.

„Das war vollkommen unerwartet, denn seit über 50 Jahren gilt, dass der Thalamus nur weiterleitet und nicht aktiv an Lernvorgängen beteiligt ist“, berichtet der Erstautor der Studie, Tobias Rose. Frühere Untersuchungen auf diesem Gebiet hatten laut der Arbeitsgruppe keine Veränderungen im Thalamus gezeigt. „Vielleicht verhält sich der Thalamus der Maus anders als der der damals untersuchten Säugetiere, oder die Methoden waren einfach noch nicht empfindlich und präzise genug“, so Rose.

Durch eine Reihe weiterer Untersuchungen konnten die Wissenschaftler zeigen, dass es unwahrscheinlich ist, dass die beobachteten Änderungen erst durch Rückmeldung aus dem Kortex in den Thalamuszellen entstehen. „Wir wissen anscheinend weniger als gedacht und müssen die Rolle des Thalamus bei Lernvorgängen im Gehirn nun neu überdenken“, so Bonhoeffers Fazit.