Die Rolle der dendritischen Konstanz bei der Entwicklung einer Nervenzelle und Hirnerkrankungen wie Alzheimer oder Epilepsie

Die elektrischen Antworten der Zellen auf synaptische Reize ("Strominjektionen") in ihren komplexen und unterschiedlich großen Zellfortsätzen sind jedoch weniger klar. Dabei sind die synaptischen Reize viel näher an der biologischen Realität als die Strom-Reize im Zellkörper.
Anstatt die Reaktionen auf künstliche Strominjektionen in den Zellkörper zu untersuchen, befassten sich die Arbeitsgruppen  daher speziell mit der Frage, wie die Reaktionen der Zellen durch die dendritische Größe und Form im Falle von mehreren, verteilten synaptischen Eingängen entlang des gesamten dendritischen Baums beeinflusst werden. Sie konnten mit ihrer computergestützten Modellierung zeigen, dass die Reaktionen von Zellen für einen großen Bereich bestehender dendritischer Bäume und unter bestimmten Annahmen über mehrere räumliche Größenordnungen hinweg konstant sind.

Die Feuerrate verhält sich auf synaptischen Reize und dendritische Fortsätze ("Kabel") interagieren so, als ob das dendritische Kabel zu einem einzigen Punkt zusammenfallen würde, was die zellulären Antworten unabhängig von der dendritischen Größe und Form macht. Daher bleibt die Funktion der Zelle (d. h. ihre Feuerrate) erhalten, auch wenn die Zelle dendritische Veränderungen erfährt. Infolgedessen kann das Prinzip der dendritischen Konstanz die anatomische Robustheit der Aktivität, also die Aufrechterhaltung des erwünschten Zustandes, der Nervenzelle unterstützen. Dies scheint ein wichtiger Mechanismus nicht nur während der Entwicklung der Zelle zu sein, sondern auch bei verschiedenen Störungen wie der Alzheimer-Krankheit oder Epilepsie.

Denn wenn eine Nervenzelle wächst und reift, trägt das Prinzip der dendritischen Konstanz dazu bei, dass die Aktivität unverändert bleibt. Gleichzeitig kann eine Zelle auf krankhafte Veränderungen bis zu einem gewissen Grad reagieren, indem sie ihren dendritischen Baum umgestaltet. Im Anfangsstadium einer Erkrankung bauen die Zellen ihre Dendriten um, um die Informationsverarbeitung im neuronalen Netzwerk so lange wie möglich aufrechtzuerhalten. Infolgedessen könnte die dendritische Konstanz dazu beitragen, das Auftreten von Krankheitssymptomen wie Gedächtnisverlust bei Alzheimer zu verzögern (siehe dazu die Folge-Studie der Arbeitsgruppen im Journal of Physiology: https://doi.org/10.1113/JP283401).

Folglich scheint die dendritische Konstanz ein allgemeines und grundlegendes Prinzip aller Nervenzellen zu sein. Aufgrund dieses Prinzips kommen sie zu dem Schluss, dass Zellen und Dendriten sich ähnlicher sind als bisher angenommen. Es ist jedoch wichtig, darauf hinzuweisen, dass das Prinzip der dendritischen Konstanz nicht die Bedeutung der vielen bestehenden Plastizitäts-/Lernregeln und lokalen dendritischen Berechnungen innerhalb der Zellen verringert, die zur Individualität des Verhaltens der Zellen beitragen.