Resting fMRI functional connectivity reflects fluctuations in inhibitory interneuron activity

Stellen Sie sich das menschliche Gehirn wie eine riesige, belebte Stadt vor. Lange Zeit haben Wissenschaftler versucht zu verstehen, wie verschiedene Stadtviertel miteinander kommunizieren, während die Stadt „im Ruhezustand“ ist (also keine spezifische Aufgabe ausführt). Sie verwenden eine spezielle Kamera, einen fMRT-Scanner, der jedoch keine Bilder der Gebäude selbst aufnimmt, sondern vielmehr den Blutfluss misst. Wenn ein Viertel geschäftig wird, fließt mehr Blut dorthin. Indem die Wissenschaftler beobachten, wie der Blutfluss in einem Bereich im Einklang mit einem anderen steigt und fällt, kartieren sie die „Freundschaftsnetzwerke“ der Stadt. Dies wird als funktionelle Konnektivität bezeichnet.

Es gab jedoch ein großes Rätsel: Wer genau verursacht eigentlich diese Blutflusswellen? Sind es die Hauptarbeiter der Stadt (exzitatorische Neuronen) oder die Verkehrskontrolleure und Friedenswächter (inhibitorische Interneurone)?

Um dies zu lösen, gingen Forscher in das Gehirn eines Affen (eines nahen Verwandten des Menschen) und unternahmen etwas sehr Cleveres. Sie richteten zwei Dinge gleichzeitig ein:

1. Die fMRT-Kamera, die den Blutfluss beobachtet.
2. Winzige Mikrofone (Elektroden), die den einzelnen Gesprächen von tausenden Gehirnzellen lauschen.

Sobald sie diese Daten hatten, sortierten sie die Gehirnzellen in zwei Hauptgruppen ein, basierend auf der Form ihrer „Stimmen“ (ihrer elektrischen Signale):

• Die Exzitatorischen Neuronen (Die Hauptarbeiter): Dies sind die Zellen, die normalerweise Nachrichten an andere Teile des Gehirns senden.
• Die Inhibitorischen Interneurone (Die Verkehrskontrolleure): Dies sind die Zellen, die normalerweise die Dinge beruhigen oder Signale stoppen, die zu schnell werden.

Hier ist das, was sie herausgefunden haben, mithilfe einer einfachen Analogie:

Betrachten Sie das fMRT-Blutflusssignal als einen riesigen, rhythmischen Trommelschlag, dem die ganze Stadt zu folgen scheint.

• Die Hauptarbeiter (Exzitatorische Neuronen): Als die Forscher diesen Zellen lauschten, waren sie ein bunt gemischtes Paket. Etwa die Hälfte von ihnen marschierte im Takt (ihre Aktivität stieg, wenn der Blutfluss stieg), aber die andere Hälfte marschierte in die entgegengesetzte Richtung (ihre Aktivität sank, wenn der Blutfluss stieg). Sie waren überall verteilt und passten nicht wirklich konsistent zum großen Trommelschlag.

• Die Verkehrskontroleure (Inhibitorische Interneurone): Diese waren ganz anders. Jeder einzelne von ihnen marschierte in perfektem Schritt mit dem Trommelschlag. Wenn der Blutfluss stieg, wurden diese Zellen aktiver. Überraschenderweise war ein spezieller Typ dieser Kontrolleure so synchron, dass sein Rhythmus perfekt zum „städtischen“ Muster passte. Seine Aktivität sah exakt so aus wie die Karten, die Wissenschaftler seit Jahren mit der fMRT-Kamera gezeichnet haben.

Das Fazreit (Das Wesentliche):

Die Studie kommt zu dem Schluss, dass die „Hauptarbeiter“ (exzitatorische Neuronen) zwar wahrscheinlich diejenigen sind, die die Fernkommunikation zwischen verschiedenen Hirnregionen leisten, aber die Rhythmen und Schwankungen, die die fMRT-Kamera tatsächlich sieht, werden hauptsächlich von den Verkehrskontroleuren (inhibitorischen Interneuronen) angetrieben.

Mit anderen Worten: Wenn Sie den „Ruhezustand“ des Gehirns durch eine fMRT-Kamera beobachten, sehen Sie nicht nur die Hauptarbeiter beim Chatten zu; Sie sehen hauptsächlich die Verkehrskontroleure, die den Rhythmus der gesamten Stadt im Schach halten. Der „Herzschlag“ des Ruhe-Netzwerks des Gehirns ist der Puls dieser inhibitorischen Zellen.