Wie sich Blutgefässe an einen Schlaganfall erinnern
Netzwerke passen sich im Laufe der Zeit an und bilden auf diese Weise eine Art Gedächtnis. Dies ist das zentrale Ergebnis einer neuen Studie von Forschenden des Max-Planck-Instituts für Dynamik und Selbstorganisation in Göttingen und der Technischen Universität München. Sie zeigen, dass die Struktur des Netzwerks aus Blutgefässen dynamisch ist und sich an äussere Faktoren anpassen kann. Insbesondere fanden die Wissenschaftler heraus, dass selten genutzte Verbindungen immer schwächer werden, bis sie schliesslich ganz verschwinden.
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Das Gefässsystem in unserem Körper sorgt für einen ständigen Fluss von Nährstoffen, Hormonen und anderen Ressourcen und stellt so einen effizienten Transport sicher. Die Wissenschaftler Komal Bhattacharyya, David Zwicker und Karen Alim untersuchten, auf welche Weise sich ein solches Netzwerk im Laufe der Zeit anpassen und verändern kann. Mithilfe von Computersimulationen modellierten sie das Netzwerk und ermittelten Anpassungsregeln für seine Verbindungen.
«Wir fanden heraus, dass die Stärke einer Verbindung innerhalb eines Netzwerks vom lokalen Fluss abhängt», erklärt Karen Alim. «Dies bedeutet, dass Verbindungen mit einem geringen Fluss unterhalb eines bestimmten Schwellenwerts immer schwächer werden, bis sie schliesslich verschwinden», fährt sie fort. Da die Menge an biologischen Bausteinen zum Aufbau des Gefässsystems begrenzt ist und daher effizient genutzt werden sollte, kann durch diesen Mechanismus das Gefässsystem optimiert werden.
Veränderungen im Netzwerk sind permanent
Wenn eine Verbindung aufgrund einer niedrigen Durchflussrate einmal sehr schwach geworden ist, kann dieser nur schwer wiederhergestellt werden. Ein häufiges Beispiel hierfür ist die Verstopfung eines Blutgefässes, was im schlimmsten Fall sogar zu einem Schlaganfall führen kann. Bei einem Schlaganfall werden einige Blutgefässe in einer bestimmten Hirnregion durch die Verringerung des Blutflusses sehr schwach. «Wir haben festgestellt, dass in einem solchen Fall die Anpassungen im Netzwerk dauerhaft sind und auch nach der Beseitigung des Hindernisses beibehalten werden. Man kann sagen, das Netzwerk zieht es vor, den Fluss durch bestehende stärkere Verbindungen umzuleiten, anstatt schwächere Verbindungen neu zu bilden - selbst wenn der Fluss das Gegenteil erfordern würde», erklärt Komal Bhattacharyya.
Mit diesem neuen Verständnis des Gedächtnisses von Netzwerken können die Forschenden nun erklären, dass sich der Blutfluss auch nach erfolgreicher Entfernung des Gerinnsels permanent verändert.PS
