Wie sich Mäusebabys den Schutz der Mutter sichern
Neugeborene Mäuse ziehen durch Lautäußerungen die Aufmerksamkeit ihrer Mutter auf sich. Dazu sind sie allerdings nur in der Lage, wenn sie gleichzeitig kräftig ausatmen und die Kehlkopfmuskeln anspannen können. Dies wird über bestimmte Nervenzellen in ihrem Hirnstamm koordiniert. Ohne diese Nervenzellen sind sie stumm. Über diese Ergebnisse berichtet ein Forschungsteam des Max-Delbrück-Centrums für Molekulare Medizin in der Helmholtz-Gemeinschaft (MDC) im Fachblatt Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS). Ähnliche Verschaltungen im Gehirn könnten für das Schreien von menschlichen Neugeborenen verantwortlich oder bei Sprachstörungen verändert sein.
Bereits unmittelbar nach der Geburt können Mausebabys nach ihrer Mutter „rufen“, wenn sie von ihr getrennt werden. So sichern sie sich ihre Aufmerksamkeit. Um die Laute zu erzeugen, müssen sie gleichzeitig kräftig ausatmen und die Kehlkopfmuskeln anspannen. Dies gelingt nur, wenn bestimmte Nervenzellen in einem sehr alten Teil des Gehirns, dem Hirnstamm, die zwei Muskelgruppen koordiniert aktivieren. Das hat die MDC-Forschungsgruppe um Carmen Birchmeier festgestellt. Wichtige Beiträge für die interdisziplinäre Studie kamen auch aus dem Pariser Labor von Jean Champagnat und Gilles Fortin am CNRS in Gif sur Yvette.
Schnitt durch das Hinterhirn einer Maus. Die Zellen des Nucleus tractus solitarii (NTS) sind rot dargestellt. Sie sind essentiell für die frühe Lautbildung
Das Forschungsteam zeigte in einer Serie von Experimenten, dass die Nervenzellen im Nucleus tractus solitarii die Anspannung von Bauchmuskeln, die kräftiges Ausatmen ermöglichen, und Kehlkopfmuskeln steuern. Der Nucleus erhält außerdem sensorische Information aus dem Kehlkopf und der Lunge und koordiniert so das Zusammenspiel sensorischer und motorischer Leistungen während der angeborenen Lautbildung. Sind die Gene für die Transkriptionsfaktoren Olig3 oder Tlx3 verändert, stört das die Reifung der Nervenzellen im Nucleus tractus solitarii bei den Mäuseföten. Wenn der Kern sich nicht entwickeln kann, bleiben die Mäusebabys nach der Geburt stumm.
Die Mutter ignoriert die stummen Jungen
Neugeborene Mäuse brauchen die Nähe ihrer Mutter und signalisieren ihr das. Hat sich das Mäusejunge aus dem sicheren Nest entfernt, so produziert es Salven von jeweils vier bis sechs Rufen die eine Frequenz von 75 kHz haben und damit für das menschliche Ohr nicht wahrnehmbar sind. Bei jedem Ruf atmet es tief und kräftig aus. Die Mutter reagiert prompt: Sie sucht den verirrten Nachwuchs und bringt ihn zum Nest zurück. Auch wenn die Ultraschall-Laute vom Band stammen, macht sie sich auf die Suche nach dem Jungen. Mäusebabys, die diese Töne nicht erzeugen können, werden von der Mutter ignoriert, selbst wenn sie sie nach der Geburt angenommen hatte. „Wir vermuten, dass die Laute ein evolutionär konserviertes Signal sind, das die Gesundheit der Jungen anzeigt und die Aufmerksamkeit der Mutter sicherstellt“, sagt Carmen Birchmeier. „Die stummen Mäuse sind zudem ein Modell, um die Bedeutung von angeborenen Rufen für die Interaktion zwischen Mutter und Nachwuchs zu untersuchen“, sagt Erstautor Luis Hernandez-Miranda.
Eine interessante weiterführende Frage ist zudem, ob funktionelle Störungen des Nucleus an der Entstehung oder Ausprägung von Sprachstörungen beteiligt ist, die bei einigen Patienten mit Schlaganfall, neurodegenerativen Erkrankungen oder Tumoren beobachtet werden.
Prof. Carmen Birchmeier ist seit 2007 Mitglied des Exzellenzclusters NeuroCure und seit 2016 Mitglied des Einstein-Zentrums für Neurowissenschaften.
Luis Rodrigo Hernandez-Miranda1, Pierre-Louis Ruffault1, Julien C. Bouvier2, Andrew J. Murray3, Marie-Pierre Morin-Surun2, Niccolò Zampieri1, Justyna B. Cholewa-Waclaw1, Elodie Ey4, Jean-Francois Brunet5, Jean Champagnat2, Gilles Fortin2, and Carmen Birchmeier1 (2017): „Genetic identification of a hindbrain nucleus essential for innate vocalization.“ PNAS. doi:10.1073/pnas.1702893114
1Max-Delbrück-Centrum für Molekulare Medizin in der Helmholtz-Gemeinschaft, Berlin, Germany; 2Paris-Saclay Institute for Neuroscience, CNRS, Gif sur Yvette, France; 3Howard Hughes Medical Institute, Columbia University, New York, USA; 4Pasteur Institute, Paris, France; 5Institut de Biologie de l’École Normale Supérieure, Paris, France
