Parkinson: Zitter-Simulation am PC

Modell erfasst ungewöhnliches Muster der Signalabfeuerung bei betroffenen Gehirnzellen

Mathematiker der Ohio State University könnten den Ursprung des Parkinson´schen Zitterns gefunden haben. Die Forscher um David Terman entdeckten bei der Konstruktion eines Computermodells zur Erfassung der elektrochemischen Aktivität in einem Parkinson-Gehirn ungewöhnliche Muster in der Art und Weise, wie Gehirnzellen Signale vor und zurück feuern. Das Team hofft, mit ihrem konstruierten Computermodell die Entwicklung neuer Behandlungen gegen die Parkinson-Erkrankung und andere neurologische Störungen vorantreiben zu können. Die Ergebnisse wurden im Fachmagazin Journal of Neuroscience veröffentlicht. 

“In einem gesunden Gehirn besitzt jedes Zellsignal ein zufälliges Muster. Im Modell zeigte sich, dass Zellen gemeinsam ein Signal abgaben und so ein synchronisiertes Muster entstand, das mit dem Eintreten des Zitterns übereinstimmte”, so Terman. Bisher wurde generell angenommen, dass ein Verlust des Neurotransmitters Dopamin die Krankheit bedingt. Wie ein Dopamin-Mangel aber mit dem Zittern zusammenhängt gilt bis dato als unbekannt. In der Vergangenheit gingen Forscher davon aus, dass eine drastische Zunahme in der Signalfrequenz dafür verantwortlich ist. Während Parkinson´scher Schübe feuern Gehirnneuronen beinahe zweimal so schnell wie gewöhnlich. Das Zittern konnte durch die Frequenzsteigerung aber nicht erklärt werden, ergänzte Terman. “Wie das Computermodell zeigt, spielen auch Signalmuster eine bedeutende Rolle.”

Das Computermodell ist eine Software-Simulation der Gehirnzellen und der elektrischen Signale, die zwischen diesen wandern. Den Forschern gelang es, willkürlich Signal feuernde Gehirnzellen zu reproduzieren. Bei der Simulation eines Dopamin-Verlusts entdeckten sie ein andersartiges Signalübertragungsmuster. Die Zellen verhielten sich, als gehörten sie zu zwei getrennten Gruppen. Zellen der Gruppe A feuerten gemeinsam, während die Signale der Gruppe B unterdrückt wurden. Anschließend feuerten Zellen der Gruppe B gemeinsam und die Signale der Gruppe A wurden unterdrückt. Die Daten des Computermodells verglichen die Forscher mit experimentellen Werten eines Rattengehirns und entwickelten ein Szenario, wie es für die Erkrankung zutreffen könnte. Demzufolge kommt es durch den Dopaminverlust zu Veränderungen in der Signal-Übertragung in den Basalganglien. Im nächsten Schritt soll das Computermodell Gehirnregionen einschließen, die mit den Basalganglien interagieren.