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Die Sprache des Hirns

Seit 2007 vereint das Exzellenzcluster NeuroCure, das mit einem Jahresetat von circa acht Millionen Euro ausgestattet ist, Wissenschaftler aus sechs Einrichtungen. Professor Larkum und Professor Sigrist sind zwei der Forscher, die mit ihren Projektgruppen an neurowissenschaftlichen Fragestellungen arbeiten. Im Interview erklären sie, was sie erforschen, welche Ziele sie haben und warum Berlin für sie optimale Bedingungen bietet.

Grafik von Neuronen © Fotolia, Sebastian Kaulitzki
Grafik von Neuronen © fotolia, Sebastian Kaulitzki

Neurowissenschaft an der Spree

Die Eheleute waren sich einig: Nach 14 Jahren in Heidelberg und Bern sollte es jetzt eine Großstadt sein, gleichermaßen attraktiv für sie als Musikerin und ihn als Neurowissenschaftler. London und Berlin schafften es in die engere Auswahl. 2011 entschieden sich Matthew Larkum und seine Frau dann für die deutsche Hauptstadt – wegen NeuroCure.

Diese Form der Kooperation bei NeuroCure war für Matthew Larkum ausschlaggebend, um an die Spree zu wechseln. „In London wird zwar mehr Neurowissenschaft betrieben“, so der gebürtige Australier, „aber nicht so koordiniert und interdisziplinär wie in Berlin.

Prof. Larkum
Prof. Matthew Larkum

Noch ein langer Forschungsweg

Er selbst arbeitet mit seinem zwölfköpfigen Team vor allem daran, die Sprache des Gehirns besser zu verstehen, den sogenannten neuronalen Code. „Wenn man das Gehirn mit einem Computer vergleicht“, so Larkum, „arbeiten auf den ersten Blick beide mit einem binären Code, benutzen also nur zwei Wörter. Im PC sind das ‚Eins’ und ‚Null’, in den Nervenzellen ‚Aktionspotenzial’ oder ‚kein Aktionspotenzial’.“ Dennoch sei das Gehirn dem Computer bei vielen Aufgaben haushoch überlegen, zum Beispiel bei der Gesichtserkennung. „Es muss deshalb neben dem Vokabular noch eine weitere Ebene geben, auf der sich Nervenzellen verständigen.“ Der Schlüssel könnte in der komplexen Struktur der beteiligten Nervenzellen liegen, die sich je nach Lage im Gehirn deutlich unterscheidet.

Larkum rechnet damit, dass noch fünf bis zehn Jahre Forschung nötig sind, um diese Komplexität des Gehirns zu verstehen. Die Erkenntnisse kämen dann nicht nur der Medizin zugute, sondern auch Systemen mit künstlicher Intelligenz. „Wenn man unsere Forschungsleistung nur mit Blick auf die Behandlung von Krankheiten bewerten würde, wäre das einseitig“, betont der Leiter des Larkum Lab. „Die interdisziplinäre Struktur von NeuroCure stellt sicher, dass neues Wissen für ganz unterschiedliche Bereiche fruchtbar gemacht wird.“

Portrait Prof. Sigrist
Prof. Sigrist © Prof. Sigrist

Mit Fruchtfliegen auf Entdeckungsreise

Fruchtfliegen wecken unterschiedliche Assoziationen: Viele Menschen denken an faules Obst und stellen sogleich klebrige Fallen auf. Professor Stephan Sigrist vom Exzellenzcluster NeuroCure in Berlin ist überzeugt, dass uns diese Insekten wichtige Hinweise liefern, wie unser Hirn altert. Der Forscher will mit seinem Wissen auch neue Therapieansätze gegen Demenz entwickeln.

Prof. Sigrist, was fasziniert Sie an Ihrer Tätigkeit als Neurowissenschaftler?

Wissenschaft ist immer eine Reise ins Unbekannte. Als Forscher bekomme ich die einmalige Möglichkeit, neue Zusammenhänge zu entdecken. Das motiviert ungemein. Mich faszinieren das Leben als solches und insbesondere die spannende Evolution unserer Hirnfunktionen.

Welche Gründe gab es für Sie, 2008 von Würzburg nach Berlin zu wechseln?

Die Rahmenbedingungen, die mir Berlin bot, waren sehr gut. Durch die Unterstützung der Freien Universität Berlin und die Strukturen des Exzellenzclusters konnte ich mit einem kompetenten Team an zentralen Fragestellungen zu synaptischen Strukturen forschen. Das war genau das, was ich wollte. Dazu kam, dass ich mit einigen meiner heutigen Kollegen bereits vorher befreundet war, das erzeugt natürlich ein wunderbares Klima im Team.

Wie erklären Sie einem Laien die Bedeutung Ihrer Forschung für die Behandlung von Krankheiten?

In erster Linie betreiben wir natürlich Grundlagenforschung, die nicht sofort auf ein Medikament oder eine Therapie hinausläuft. Aber die Investition in das tiefgreifende Verständnis der Funktionsweise unseres Gehirns lohnt sich langfristig. Nur strikt anwendungsbezogene Forschungen zu betreiben, reicht nicht aus. Sie können auch kein Auto reparieren, wenn Sie nicht wissen, wo die einzelnen Bauteile sitzen und wozu sie dienen.

Man wüsste gar nicht, wo man bei der Reparatur ansetzen sollte ...

Ja, genau. Und obwohl wir Grundlagen erarbeiten, sind unsere Forschungen hochaktuell: Wir untersuchen beispielsweise, wie sich unser Nervensystem mit zunehmendem Alter verändert. Diese Zusammenhänge werden in unserer alternden Gesellschaft immer relevanter. Wir gehen davon aus, dass die Hirnsynapsen als zentrale Kontaktstellen zwischen den Nervenzellen im Kopf recht anfällig sind und bei älteren Menschen besonders häufig Defekte aufweisen. Damit kommt es zur Störung der Kommunikation zwischen den Nervenzellen. Die Transportprozesse und der Informationsfluss, der innerhalb von Millisekunden abläuft, funktionieren nicht mehr reibungslos; die kognitiven Fähigkeiten des Menschen nehmen dann ab. Das kann man bei Krankheiten wie Alzheimer besonders dramatisch beobachten. Unseren neuesten Entdeckungen zufolge könnte jedoch eine einfache Substanz aus der Gruppe der Polyamine, das Spermidin, dazu beitragen, die kognitiven Leistungen weiter hochzuhalten – quasi eine Verjüngungskur für die Synapsen. Damit könnte vielleicht auch der geistige Verfall verlangsamt werden.

Das klingt großartig! Es war sicher ein langer Weg bis dahin: Schauen wir in Ihrem Lebenslauf einige Jahre zurück, dann stoßen wir auf eine Publikation über ein Protein mit dem Namen „Bruchpilot“. Was hat es damit auf sich?

Ja, ein skurriler Name! Die Wissenschaft hat im vergangenen Jahrzehnt verstanden, dass die Synapsen die entscheidenden Bauteile von Nervenzellen sind und dass sie entstehen, wenn sich Proteine aneinanderlagern. In meiner Würzburger Zeit habe ich zusammen mit Kollegen ein bestimmtes Protein untersucht, was im Nervenzentrum der Fruchtfliege vorkommt. Wir haben entdeckt, dass dieses Protein eine zentrale Gerüstfunktion für die Synapsen übernimmt: Wenn wir die Konzentration des Proteins verringerten, legten die Fliegen regelmäßig Bruchlandungen hin. So kam das Protein zu seinem Namen. Mittlerweile wissen wir, dass ein verwandtes Protein genauso an den Synapsen des Menschen vorkommt und dort für ähnliche Funktionen (z. B. Bewegungsabläufe) zuständig ist. Nur können wir es an den Fliegensynapsen natürlich leichter untersuchen.

Was war Ihre spannendste Entdeckung, seitdem Sie im Projekt NeuroCure arbeiten?

Ich denke, dass die vorhin beschriebene Verjüngungskur durch das Spermidin zumindest die größte Überraschung war.

Zusatzfrage aus aktuellem Anlass: Welche Bedeutung haben für Sie die Forschungsergebnisse von Prof. Thomas Südhof, für die er mit dem Medizin-Nobelpreis ausgezeichnet wurde?

Seine Forschungen sind für unsere Arbeit absolut grundlegend. Prof. Südhof und Kollegen haben die Weichen gestellt, damit wir verstehen, wie Synapsen funktionieren. Die Entdeckung der Vesikelfusion und der strukturierte Ausbau dieses Wissens machten den heutigen Stand der Forschung in diesem Gebiet erst möglich. Leider können Nobelpreise immer nur einen Teil der Beteiligten auszeichnen. Anerkennung gebührt in diesem Zusammenhang meiner Meinung z. B. auch dem deutschen Zell- und Neurobiologen Reinhard Jahn.

Herr Prof. Sigrist, wir danken Ihnen für dieses Gespräch!

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