Im Fokus der Forschungsgruppe steht insbesondere der Geruchssinn. Er eignet sich in besonderer Weise, um zu untersuchen, wie das Gehirn Sinneseindrücke an die aktuelle Situation eines Lebewesens anpasst – etwa bei Hunger, erhöhter Aufmerksamkeit oder in sozialen Interaktionen. Prof. Dr. Markus Rothermel, Professor für Neurophysiologie und Optogenetik an der Universität Magdeburg, leitet ein Teilprojekt, das jene neuronalen Netzwerke analysiert, die Geruchswahrnehmung und Verhalten miteinander verknüpfen.

Wie das Gehirn Wichtiges von Unwichtigem trennt

Im Alltag trifft das Gehirn fortwährend eine Auswahl: Welche Sinneseindrücke sind relevant, welche können vernachlässigt werden? Der Duft einer Bäckerei kann intensiv und anziehend wirken, wenn wir hungrig sind – oder nahezu unbemerkt bleiben, wenn wir gesättigt sind. Diese Anpassungsleistung beruht auf komplexen Rückkopplungen zwischen Nervenzellen. Informationen werden nicht linear weitergeleitet, sondern kontinuierlich bewertet und gewichtet.

„Wir wollen verstehen, wie diese Rückkopplungen im Gehirn funktionieren“, erklärt Prof. Rothermel. „Unser Ziel ist es zu zeigen, wie das Gehirn Wahrnehmung aktiv an aktuelle Bedürfnisse anpasst, statt Sinneseindrücke unverändert weiterzugeben.“

Als Modellsystem dient der Geruchssinn, da Gerüche grundlegende Verhaltensentscheidungen steuern: Suche ich weiter nach Nahrung oder höre ich auf zu essen? Meide ich eine Situation oder nähere ich mich einem möglichen Partner?

In einer aktuellen Originalarbeit in Nature Metabolism (2025) beschrieb das Team um Dr. Sophie Steculorum in Köln einen spezifischen Nervenweg, der Nahrungsgerüche verarbeitet und dem Körper frühzeitig signalisiert, dass eine Nahrungsaufnahme bevorsteht. Die Experimente zeigen, dass bestimmte Gerüche das Essverhalten beeinflussen können, noch bevor Nahrung aufgenommen wird. Der Geruch allein kann demnach eine Art „vorbereitende Sättigung“ auslösen.

Artübergreifende Prinzipien der Riechverarbeitung

Innerhalb des Forschungsverbunds wurden unterschiedliche Tierarten untersucht – sowohl Insekten als auch Nagetiere. Dieser vergleichende Ansatz unterscheidet die Gruppe von anderen internationalen Forschungsinitiativen. Trotz deutlicher äußerlicher Unterschiede in der Gehirnstruktur zeigen sich in den inneren Verschaltungen der Riechbahnen bemerkenswerte Gemeinsamkeiten. Die „Logik“ zentraler Verbindungen bleibt über Artgrenzen hinweg erhalten.

„Indem wir sehr unterschiedliche Tiere vergleichen, können wir besser verstehen, welche Prinzipien im Gehirn allgemein gelten“, sagt Prof. Rothermel. „Der Geruchssinn ist dafür besonders geeignet, weil Gerüche Verhalten direkt beeinflussen, zum Beispiel bei Hunger oder Partnersuche.“

Relevanz für die Neuromedizin

Ein vertieftes Verständnis der Geruchswahrnehmung kann langfristig dazu beitragen, Erkrankungen des Gehirns besser einzuordnen. Vergleichbare Rückkopplungsmechanismen spielen nicht nur beim Riechen, sondern in allen Sinnessystemen eine Rolle – etwa beim Sehen oder Hören.

Zugleich betonen die Forschenden die Grenzen tierexperimenteller Modelle. Ergebnisse lassen sich nicht eins zu eins auf den Menschen übertragen. So ist der Geruchssinn beim Menschen weniger dominant für die soziale Kommunikation als bei vielen Tierarten. Dennoch treten Störungen des Geruchssinns auch beim Menschen frühzeitig auf, beispielsweise bei bestimmten neurologischen Erkrankungen. „Wenn wir verstehen, wie das Gehirn Sinneseindrücke normalerweise anpasst, können wir besser einordnen, was bei Erkrankungen aus dem Gleichgewicht gerät“, so Rothermel. „Unsere Arbeit liefert dafür wichtige Grundlagen.“

Standardisierung für reproduzierbare Forschung

Derzeit arbeitet die Forschungsgruppe daran, ihre methodischen Ansätze weiter zu optimieren. Eine zentrale Herausforderung besteht darin, Gerüche im Labor standardisiert und präzise dosiert zu präsentieren. Bereits geringe Abweichungen können experimentelle Ergebnisse beeinflussen. Daher entwickeln die beteiligten Labore gemeinsam standardisierte Geräte zur Geruchspräsentation – sogenannte Olfaktometer. Ziel ist es, die Vergleichbarkeit von Experimenten zu verbessern, auch über Ländergrenzen hinweg.

Die Forschung erfolgt im Rahmen der DFG-Forschungsgruppe FOR 5424. Sprecherin ist Prof. Dr. Veronica Egger von der Universität Regensburg.

Originalpublikationen:
Stefanacci, L., & Kollegen. (2023). The anterior olfactory nucleus revisited: An emerging role for neuropathological conditions? Progress in Neurobiology, 228, 102486. DOI:10.1016/j.pneurobio.2023.102486

Bulk, J., Schmehr, J. N., Ackels, T., de Oliveira Beleza, R., Carvalho, A., Gouveia, A., Rigoux, L., Hellier, V., Cremer, A. L., Backes, H., Schaefer, A., & Steculorum, S. M. (2025). A food-sensitive olfactory circuit drives anticipatory satiety. Nature Metabolism, 7, 1246–1265. DOI:10.1038/s42255-025-01301-1.

Fulton, K. A., Zimmerman, D., Samuel, A., Vogt, K., & Datta, S. R. (2024). Common principles for odour coding across vertebrates and invertebrates. Nature Reviews Neuroscience, 25, 453–472. DOI:10.1038/s41583-024-00822-0

Quelle: Universitätsmedizin Magdeburg