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Die Funktion des Locus coeruleus beim Lernen

Noradrenalin, das vom Locus coeruleus ausgeschüttet wird, ist ein ubiquitärer Neuromodulator, der mit zahlreichen Funktionen in Verbindung gebracht wird, darunter Erregung, Aktion, sensorische Verstärkung und Lernen. Ob und wie die Aktivierung von Noradrenalin-exprimierenden Neuronen im Locus coeruleus verschiedene Komponenten spezifischer Verhaltensweisen fördert, ist unbekannt. Breton-Provencher et al. (2022) konnten in einem Versuch an Mäusen zeigen, dass die Aktivität der Locus coeruleus eine unterschiedliche raum-zeitliche Dynamik aufweist, um zwei Funktionen während des erlernten Verhaltens zu ermöglichen: die Erleichterung der Aufgabenausführung und die Codierung von Verstärkung zur Verbesserung der Leistungsgenauigkeit.

Um diese Funktionen zu untersuchen, verwendete man eine Verhaltensaufgabe bei Mäusen, denen Implantate ins Gehirn eingesetzt worden waren, mit deren Hilfe sich die Aktivität des Locus coeruleus überwachen und durch optogenetische Signale beeinflussen ließ, mit abgestufter auditiver Reizerkennung und Aufgabenleistung. Die optogenetische Inaktivierung des Locus coeruleus zeigte, dass die Aktivität des Locus coeruleus sowohl für die Aufgabenausführung als auch für die Optimierung kausal war. Erhielt die Maus nämlich statt der erwarteten Belohnung einen unangenehmen Luftstoß, schüttete der Locus coeruleus eine große Menge Noradrenalin aus, und in den folgenden Versuchen drückte die Maus viel seltener den Hebel, wenn sie nicht sicher war, dass sie eine Belohnung erhalten würde. Das Tier passte sein Verhalten ständig an, und auch wenn es die Aufgabe bereits gelernt hat, adjustiert es sein Verhalten auf der Grundlage dessen, was es gerade erlebt hat.

Auch beim gleichen Versuch mit positiven Überraschungen trat die Noradrenalinausschüttung auf, wobei sich das Noradrenalin dabei in weiten Teilen des Gehirns verteilte, darunter auch dem präfrontalen Cortex, der mit Planung und anderen höheren kognitiven Funktionen in Verbindung gebracht wird. Offenbar kodiert der Locus coeruleus unerwartete Ereignisse, wobei die Aufmerksamkeit für diese überraschenden Ereignisse für das Gehirn entscheidend ist, um eine Bestandsaufnahme seiner Umgebung zu machen.

Literatur

Breton-Provencher, Vincent, Drummond, Gabrielle T., Feng, Jiesi, Li, Yulong & Sur, Mriganka (2022). Spatiotemporal dynamics of noradrenaline during learned behaviour. Nature, doi:10.1038/s41586-022-04782-2.
https://www.wissenschaft.de/gesundheit-medizin/wie-das-gehirn-aus-ueberraschungen-lernt/ (22-06-03)






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