Neurone sind gesellige Zellen, die auf lange Sicht in Isolation absterben. Sie bilden deshalb Fortsätze – sogenannte Neuriten – aus, um mit anderen Nervenzellen über synaptische Verbindungen zu kommunizieren. Gleichzeitig können die Neuronen auch selbst in Richtung anderer Gehirnzellen wandern. Schon im Mutterleib bilden sich so die Anfänge der komplexen Netzwerkarchitektur unseres Gehirns aus. In dieser sind die Nervenzellen nicht zufällig angeordnet – sie bilden komplexe funktionelle Einheiten.
In einer Computersimulation haben Forscher nun nachvollzogen, wie sich diese Struktur während der Hirnentwicklung des Fötus ausbildet. Dabei zeigte sich, dass sich die Hirnzellen zunächst selbstorganisiert zu Gruppen stark vernetzter Neurone zusammenfinden. Diese Cluster wiederum sind über schwächere Verbindungen sowohl mit ihren Nachbarn als auch mit weiter entfernten Clustern vernetzt. Die Simulation ergab, dass dabei das Zusammenspiel des aktivitätsabhängigen Wachstums von Zellfortsätzen und der Wanderung von Nervenzellen in hohem Maß den späteren Grad an Modularität beeinflusst. Gemeinsam bilden diese Prozesse die Grundlage für die späteren Funktionseinheiten unseres Gehirns. Wie die Mechanismen hinter dieser modularen Vernetzung jedoch im Detail funktionieren, ist noch immer weitgehend unbekannt.
Diese Grafik zeigt im unteren Teil die in der Computersimulation entstandenen Netzwerkcluster, im oberen Teil sind solche Cluster in der Großhirnrinde einer jungen Ratte zu sehen. Die Forscher bildeten sie mithilfe von Fluoreszenzmarkern in einer Mikroskop-Aufnahme ab.
