Die Palette exotischer Prozesse, die einer Hirnzelle zur Weiterleitung von Reizen dient, ist von Wissenschaftlern allenfalls in Anfängen verstanden. "Spikelets" beispielsweise ähneln in ihrem Verlauf den klassischen Aktionspotenzialen, sind aber deutlich schwächer ausgeprägt. Nach ihnen haben nun Wissenschaftler des Bernstein Centers for Computational Neuroscience in Berlin im Hippocampus von sich natürlich verhaltenden Ratten gesucht. Denn bislang wurden die rätselhaften Spannungsspitzen ausschließlich in künstlichen Laborsituationen beobachtet.

Jérôme Epsztein und Mitarbeiter erfassten dazu über Elektroden die Aktivität einzelner Hippocampusneurone, während ihre Versuchstiere auf einer kreisförmigen Laufbahn Runden drehten. Tatsächlich zeigte die Mehrheit der Zellen die gesuchten Zellsignale: Manchmal nur einmal, oft aber gleich mehrfach hintereinander schnellte das Membranpotenzial innerhalb von Millisekunden auf den immer gleichen Wert, der rund einem Zehntel der Amplitude eines Aktionspotenzials entsprach. Ebenso rasant fiel danach die Spannung wieder ab. Eine statistische Auswertung der Messergebnisse ergab, dass die Spikelets nicht ohne Folgen blieben: Offenbar verändern sie die Eigenschaften der Zelle so, dass kurz danach ein Aktionspotenzial ausgelöst wird.

Außerdem scheinen die Spikelets nicht zufällig aufzutreten, entdeckte das Team um Epsztein. Sie waren nämlich vor allem dann zu beobachten, wenn die Zelle ihrer primären Funktion nachkam: Einige der von den Forschern erfassten Neurone waren so genannte Ortszellen, mit denen die Ratte ihre Position auf der Laufbahn repräsentiert. Jede von ihnen spezialisiert sich dazu auf einen bestimmten Abschnitt der Rennbahn und feuert bevorzugt dann, wenn das Tier diesen Bereich durchquert. In genau diese Phasen fiel auch der Höhepunkt der Spikelet-Aktivität.

Was eine Zelle dazu bringt, ein Spikelet auszulösen und worin sich die Spikelet-bedingten von den normalen Aktionspotenzialen unterscheiden, sei allerdings nach wie vor offen, schreiben die Wissenschaftler. Als Verursacher seien eine Reihe von Phänomenen in der Diskussion, darunter elektrische Verbindungen zu benachbarten Zellen oder den zwischengeschalteten Interneuronen.

Viele der Kandidaten geben der Forschung allerdings mindestens genauso viele Rätsel auf wie die Spikelets selbst: Dendritische Spikes etwa sind schwache Aktionspotenziale, die nicht im Bereich des Zellkörpers, sondern in den Verästelungen eines Neurons ausgelöst werden. Sie könnten ebenfalls eine Ursache für Spikelets sein. (jd)