Prof. Dr. Tobias Bonhoeffer

Forschungsschwerpunkte: Plastizität des Gehirns, neuronale Schaltkreise, Lernen und Gedächtnis, präfrontaler Kortex
Tobias Bonhoeffer ist ein deutsch-amerikanischer Neurobiologe, der mit seiner Forschung wesentlich zum Verständnis von Lernen und Gedächtnisbildung beigetragen hat. Er konnte zeigen, dass Synapsen – die Kontaktstellen zwischen Nervenzellen – zeitlebens gebildet, verstärkt, abgeschwächt oder abgebaut werden. Diese synaptische Plastizität bildet die Basis allen Lernens. Tobias Bonhoeffers Erkenntnisse sind sowohl für die Grundlagenforschung als auch für die angewandte Neurowissenschaft relevant.
Lernen findet an den Synapsen zwischen Nervenzellen statt. Tobias Bonhoeffer und sein Team haben gezeigt, dass diese Verbindungen im Gehirn nicht statisch sind, sondern sich den jeweiligen Erfordernissen anpassen. So konnte Tobias Bonhoeffers Arbeitsgruppe nachweisen, dass die Verstärkung einer Synapse oft mit dem Wachstum dendritischer Dornen korreliert – winzigen Strukturen, die als „Andockstellen“ zwischen Nervenzellen fungieren. Diese Erkenntnisse belegen den Zusammenhang zwischen synaptischer Funktion und struktureller Plastizität.
Tobias Bonhoeffers Team hat die neuronale Plastizität auch auf molekularer Ebene erforscht und die Rolle von Nervenwachstumsfaktoren aufgedeckt. So unterstützt der Brain-derived Neurotrophic Factor (BDNF) Wachstum und Stabilität synaptischer Verbindungen und ist ein Schlüsselfaktor für langanhaltende synaptische Veränderungen. Weitere Arbeiten haben gezeigt, dass die Stabilität neuer synaptischer Kontakte während des Lernens nicht nur von der Synthese, sondern auch vom Abbau spezifischer Proteine abhängt.
Ein weiteres Ergebnis von Tobias Bonhoeffers Forschung ist die Entdeckung, dass während des Lernens gebildete synaptische Kontakte auch dann bestehen bleiben können, wenn die gelernte Information vergessen wird. Diese „latenten Spuren“ erleichtern das spätere Wiedererlernen dieser Inhalte. Dies erklärt, warum früh erworbene Fähigkeiten leichter wiedererlangt werden können.
Der Neurobiologe hat auch kortikale Karten analysiert, insbesondere im visuellen System. In frühen Studien bewies er mithilfe der intrinsischen optischen Bildgebung die Existenz von sogenannten Pinwheels – radial angeordneten Mustern neuronaler Aktivität in der visuellen Großhirnrinde von Säugetieren. Diese Karten sind nicht nur stabil, sondern auch flexibel genug, um sich an Erfahrungen aus der Umwelt anzupassen. In einer jüngeren Studie konnte das Forschungsteam nachweisen, dass Nager visuelle Reize in Kategorien einteilen können. Dabei spielen spezifische Veränderungen im medialen präfrontalen Kortex eine zentrale Rolle. Diese Ergebnisse unterstreichen die Bedeutung dieses Hirnareals für komplexe kognitive Prozesse.
Die Forschung von Tobias Bonhoeffer zeigt, wie neuronale Netzwerke durch Interaktion mit der Umwelt geformt werden. Seine Arbeiten zu synaptischer Plastizität und kortikalen Karten verdeutlichen, dass Lernen nicht nur die Funktion, sondern auch die Struktur des Gehirns prägt. Diese Erkenntnisse haben nicht nur die Grundlagenforschung geprägt, sondern bieten auch Potenzial für therapeutische Ansätze, beispielsweise zur Rehabilitation nach Hirnverletzungen oder zur Behandlung von neurodegenerativen Erkrankungen.