Dr. Ryan Remedios

Unerwartete Einblicke ins autonome Nervensystem

Go! Erst nach einer Initialzündung funktionieren einige als angeboren beschriebene Verhaltensweisen nach dem für sie charakteristischen Muster. Dabei muss der erste Impuls lediglich einmal erfolgen, um bleibende Verhaltensmuster im autonomen Nervensystem zu hinterlegen. Herausgefunden hat das Dr. Ryan Remedios, seit kurzem unabhängiger Forschungsgruppenleiter (PI) am Helmholtz Pioneer Campus. Diese Erkenntnis könnte innovativen Therapien den Weg bereiten. Lesen Sie hier aus erster Hand, welche wissenschaftlichen Ideen den Neurophysiologen an- und umtreiben.

Dr. Ryan Remedios. © Helmholtz Pioneer Campus

Dass unser zukünftiges Verhalten durch unsere Lebenserfahrung geformt wird, ist bekannt. Es handelt sich um erlernte Verhaltensweisen. Wie alle sozialen Tiere lernen Menschen, mit ihrer Umwelt optimal zu interagieren. An den Hirnschaltkreisen, die am Lernen und der Erinnerung beteiligt sind, wird derzeit intensiv geforscht. Paradoxerweise gibt es aber auch zahlreiche Hinweise darauf – unter anderem aus den Arbeiten, die Nikolaas Tinbergen, Konrad Lorenz und Karl von Frisch den Nobelpreis einbrachten –, dass bestimmte Verhaltensweisen in den Genen festgelegt sind und ohne vorheriges Erlernen angewendet werden. Dies wird als instinktives oder angeborenes Verhalten bezeichnet. Von den Hirnschaltkreisen, die diese Verhaltensweisen steuern, nahm man bisher an, dass sie genetisch festgelegt sind und während der Hirnentwicklung fixiert werden.

Ein einziges Mal genügt!

Meine aktuellen Forschungen zur Aktivität des Hypothalamus weisen jedoch darauf hin, dass auch sogenanntes ‚instinktives’ Verhalten formbar ist, plastisch bleibt, und damit möglicherweise therapeutisch beeinflusst werden kann. Unsere Ergebnisse zeigten, dass bereits ein kurzer verhaltensbezogener Auslöser ausreicht, um einen Teil eines Neuronenverbandes in eine stabile neuronale Anordnung zu verwandeln, und dies mit langanhaltenden Folgen: Verhaltensmuster, die über solche Schaltkreise gesteuert werden,  bleiben über einen erheblichen Teil des Lebens stabil.

Entdeckt habe ich diesen Prozess während einer Studie, in der ich mit Kollegen soziale Verhaltensweisen von Mäusen untersuchte: Ich zeichnete die Aktivität von Hunderten von Neuronen des Hypothalamus von sozial interagierenden Mäusen auf und entdeckte dabei einen Verband von Neuronen, der in Gegenwart von Männchen aktiv ist, sowie einen anderen, der in Anwesenheit von Weibchen aktiv ist. Bei sozial unerfahrenen Mäusen allerdings waren diese unterschiedlichen Verbände nicht nachweisbar, die neuronale Aktivität in Gegenwart von Männchen oder Weibchen gleich. Interessanterweise war es die erste sexuelle Erfahrung – selbst wenn nur kurz–, welche die Ausbildung und Separierung der Männchen- und Weibchen-spezifischen Neuronenverbände auslöste. Einmal ausgebildet, blieben die Verbände über viele Monate stabil und voneinander getrennt erhalten.

Diese Erkenntnis eröffnet meiner Meinung nach die Tür zu innovativen Therapien: Kennen wir die zugrundeliegenden molekularen und zellulären Mechanismen hinter diesem Phänomen, könnten wir möglicherweise bestimmte Neuronenverbände kontrollieren und so die Entwicklung einer Reihe von Therapien für posttraumatische Belastungsstörungen und Sucht erleichtern oder das physiologische Altern beeinflussen.

Mit meinem Team am HPC möchte ich u.a. die Auswirkungen des Alterns auf die Funktion des autonomen Nervensystems verstehen und idealerweise vermindern. Damit könnten wir die Lebensqualität der Menschen verbessern und alternsbedingte Leiden verringern.

Die Herausforderung: tieferes Verständnis spezieller Hirnfunktionen

Ich freue mich, am Helmholtz Pioneer Campus und dem Helmholtz Zentrum München dafür optimale Voraussetzungen zu haben: als Leiter einer unabhängigen Arbeitsgruppe (Autonomous and Autonomic Systems) kann ich mich mit Experten anderer Fachbereiche austauschen und die vorhandene High-End-Infrastruktur nutzen. Um meine Forschungsziele zu erreichen, verwende ich einige der neuesten Technologien. Erst kürzlich gelang mir mit der mikroendoskopischen Calcium-Bildgebung eine Simultanaufzeichnung der Aktivität von Populationen einzelner Nerven und des Verhaltens. Mein nächstes Ziel ist, die neuronale Aktivität und das Verhaltens zusammen mit einer Vielzahl physiologischer Parameter wie Änderungen in der Körpertemperatur, Herzfrequenz und Atmung simultan aufzuzeichnen und mit Hilfe verschiedener Mausmodelle zu bestimmen, in wie fern sich diese während des Alterns verändern.

Besonders stimulierend empfinde ich den interdisziplinären Austausch: mit Kollegen in München und weltweit; mit Biologen, Chemikern, Physikern, Informatikern und allen, die eine Leidenschaft für die Entschlüsselung der Geheimnisse unseres Denkens und Verhaltens haben. In meinem interdisziplinären Team arbeiten neben mir als Neurophysiologen bereits ein Mediziner, ein Ingenieur, ein Physiker, eine Veterinärmedizinerin und eine Neurobiologin.

Die kooperative und interdisziplinäre Forschungskultur am HMGU war ein entscheidender Grund, warum ich attraktive Angebote von anderen europäischen Institutionen abgelehnt und mich für eine Position am HPC entschieden habe. Ich wollte immer an einem Ort forschen, an dem inspirierende, kooperationssuchende, junge Wissenschaftler arbeiten und ein versiertes Management herausfordernde Themen fördert. Kurz, einem Umfeld, das wissenschaftliche Durchbrüche anstrebt und dafür entsprechende Ressourcen und Technologien zur Verfügung stellt.  

Publication:
Remedios R, Kennedy A, Zelikowsky M, Grewe BF, Schnitzer MJ, Anderson DJ.: Social behaviour shapes hypothalamic neural ensemble representations of conspecific sex. Nature. 2017 Oct 18;550(7676):388-392. doi: 10.1038/nature23885.

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