Illustration einer Synapse, der Kontaktstelle zwischen zwei Nervenzellen, und ihrer typischen Bestandteile: präsynaptisches Neuron mit Mitochondrien und Neurotransmittern in Vesikeln; postsynaptisches Neuron mit Membranproteinen, die als Rezeptoren für Neurotransmitter dienen.

Ursprung und Funktion von Nervenzellen

Das Gehirn besteht aus einer großen Vielfalt an Nervenzelltypen, die unterschiedliche biologische Funktionen erfüllen. Je nach Aufgabe und Position berechnen und verarbeiten sie Signale, unterstützen und vernetzen sich mit ihren Nachbarn und ermöglichen so die vielfältigen Aufgaben und Funktionen des Gehirns. Die Zelltypen, die am Ende ganz unterschiedliche Aufgaben ausführen, entwickeln sich aus wenigen Arten von Vorläuferzellen. Wir untersuchen diese Entwicklungsprozesse und die Funktionen der dabei entstehenden Nervenzellen, dieser wichtigen Grundlage für biologische Intelligenz.

Die Ursprünge der Vielfalt

Woher "weiß" eine junge Nervenzelle, wo sie sich im Gehirn niederlassen muss, zu welchem Zelltyp sie sich entwickeln und mit welchen Nachbarn sie sich vernetzen muss? Wir erforschen wie Gene, aber auch Signale aus dem Zellinneren und der Zell-Umgebung die individuelle Bestimmung einer Zelle beeinflussen. Am Ende ihrer Entwicklung wird jede Nervenzelle für die anstehenden Aufgaben gerüstet sein und sich über neuronale Netzwerke mit anderen Zellen vernetzt haben; denn ihr ganzes Potential entfalten Nervenzellen erst im Verbund mit ihren Nachbarn.

Die Arbeitsabläufe in den Nervenzellen

Wir erforschen die Funktionen von Nervenzellen, um die biologischen Prozesse in den Zellen und die übergreifenden Abläufe im Gehirn besser zu verstehen. Dazu nutzen, entwickeln und kombinieren wir ganz verschiedene Methoden, wie zum Beispiel Computer-Simulationen, Optogenetik, Elektrophysiologie oder Mikroskopie. So wollen wir verstehen, wie Nervenzellen die eintreffenden Signale verarbeiten und welche Signale sie an benachbarte Zellen weitergeben. Wir untersuchen zum Beispiel, wie die Zellen sicherstellen, dass auch entlegene Orte in ihren langen Fortsätzen, den Axonen, mit ausreichen Energie und den notwendigen Biomolekülen zum Betrieb versorgt werden. Wir erforschen auch, welche Zelltypen und Veränderungen bestimmte Verhaltensweisen oder Lernprozesse ermöglichen.