Gedächtnis: Getrennte Betten im Oberstübchen

15. Juni 2016
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Unser Gehirn kann sich an Situationen erinnern, die soeben passiert sind und an solche, die weit in der Vergangenheit liegen. Alte und neue Erinnerungen werden vom Hippocampus und angrenzenden Gehirnstrukturen auf ganz unterschiedliche Art wieder aufgerufen.

Der Hippocampus im Gehirn gilt als zentrale Schaltstelle, in der Gedächtnisinhalte aus dem Kurz- ins Langzeitgedächtnis überführt werden. Diese Hirnstruktur spielt auch eine entscheidende Rolle, wenn wir kürzlich abgespeicherte Erinnerungen abrufen. Besonders aktiv sind dann die zu ihr gehörenden Cornu-Ammonis-Regionen 1 und 3 (CA1 und CA3). Strittig ist jedoch seit Langem, was passiert, wenn die abgerufenen Erinnerungen schon vor längerer Zeit abgespeichert wurden.

Ist der Hippocampus auch an diesem Prozess beteiligt oder übernehmen die angrenzenden Strukturen im Gehirn wie der rhinale Cortex diese Aufgabe? Magdalena Sauvage, Expertin auf dem Gebiet der funktionellen Neuroplastizität, interessiert sich schon seit Langem dafür, wie Erinnerungen im Gehirn entstehen. Nun konnten sie und andere Wissenschaftler der Universität Bochum in einem Tiermodell zeigen, dass unterschiedliche Hirn-Netzwerke beteiligt sind, wenn sich die Versuchsmäuse an neue oder alte Ereignisse erinnern.

Wie das Forscherteam in einem Artikel in der Fachzeitschrift eLIFE berichtete, wird offenbar nur die CA1-Region des Hippocampus zusammen mit angrenzenden Regionen im medialen Temporallappen benötigt, wenn die Tiere alte Erinnerungen abrufen. Die CA3-Region bleibt hingegen inaktiv.

Krankheiten mit Ursprung im Hippocampus

Solche Ergebnisse könnten von großer medizinischer Bedeutung sein, da immer deutlicher wird, dass viele mit Gedächtnisdefiziten einhergehende Krankheiten wahrscheinlich ihren Ursprung im Hippocampus haben. So konnten Forscher kürzlich in einer Meta-Studie zeigen, dass Depressionen, insbesondere wenn sie bei jüngeren Patienten auftreten oder sich häufig wiederholen, zu einer Verkleinerung dieser Hirnstruktur führen. Aber auch bei der Alzheimer-Demenz gibt es eindeutige Hinweise, dass bereits in einem frühen Stadium der Erkrankung Zellen im Hippocampus verloren gehen, ehe das Zellsterben auf das restliche Gehirn übergreift.

Für ihre Experimente verwendeten Sauvage und ihre Mitarbeiter normale Versuchsmäuse, in denen sie mithilfe einer Konditionierung eine bestimmte Erinnerung verankerte. Dafür setzen die Forscher die Tiere in einen Kasten, der aus Plexiglaswänden und einem Gitterboden aus Stahl aufgebaut war. Die Mäuse durften zuerst den Kasten erkunden und erhielten dann einen kurzen Elektroschock an ihren Füßen und blieben danach noch für kurze Zeit in dem Kasten. Zur Kontrolle durchliefen weitere Mäuse die gleiche Prozedur, bekamen jedoch keinen Elektroschock.

Mäuse erinnern sich an Elektroschock

Nach einem Tag setzte Sauvages Team jeweils vier Mäuse aus beiden Gruppen einzeln für sechs Minuten wieder in den Konditionierungskasten. Keiner der Mäuse erhielt diesmal einen Elektroschock, stattdessen maßen die Forscher, wie lange die Mäuse nach Einbringen in den Kasten in einer Ruheposition verharrten, ehe sie wieder aktiv wurden. Bei den Mäusen, die während der Konditionierung einen Elektroschock erhalten hatten, war dieser Zeitraum rund 50 Prozent länger als bei den Kontrollmäusen. Sauvage und ihre Mitarbeiter werteten den Unterschied zwischen den beiden Gruppen als Indiz dafür, dass sich die mit einem Elektroschock konditionierten Mäuse an diese negative Erfahrung erinnerten und sich deshalb länger nicht bewegten als die anderen Mäuse.

Schematische Darstellung des Tests

Schematische Darstellung des Tests © M. Sauvage

 

Nach einer Woche, einem Monat, sechs Monaten und einem Jahr wiederholten die Forscher das Experiment mit jeweils vier neuen Mäusen aus den beiden Gruppen. Die Zeitspanne von einem Jahr bei der Maus entspricht beim Menschen ungefähr einer Zeitspanne von 30 bis 40 Jahren. Der Unterschied zwischen den beiden Gruppen blieb ungefähr gleich, selbst nach einem Jahr kam es zu keiner wesentlichen Veränderung. „Die Ergebnisse legen nahe, dass sich die Tiere, die mit einem Elektroschock behandelt wurden, auch noch nach einem Jahr sehr gut daran erinnern können, ihr Gedächtnis sich also kaum verändert hat“, sagt Sauvage, die mittlerweile eine Arbeitgruppe am Leibniz Institut für Neurobiologie der Universität Magdeburg leitet.

Spezifischer Biomarker misst Aktivität einzelner Gehirnregionen

Jede getestete Maus wurde unmittelbar nach ihrem zweiten Aufenthalt im Konditionierungskasten getötet und ihr Gehirn mit einem speziellen molekularen Verfahren analysiert. Um festzustellen, welche Strukturen im Temporallappen besonders am Abruf der Erinnerung beteiligt waren, untersuchte das Team um Sauvage in mehreren benachbarten Gehirnstrukturen die Produktionsrate der Boten-RNA von Arc – eines Gens, das die Bauanleitung für ein Protein enthält, das nur in aktivierten Nervenzellen vorkommt und wichtig für die Neuvernetzung dieser Zellen ist. „Die Arc-Boten-RNA wird nur dann hergestellt, wenn das Gehirn einem Stimulus ausgesetzt ist“, erklärt Sauvage.

Sie und andere Forscher verwenden Arc deshalb als Biomarker, mit dessen Hilfe sie messen können, ob bestimmte Gehirnstrukturen gerade aktiv sind oder nicht. Anderen Verfahren wie der Elektroenzephalographie (EEG) oder der Magnetresonanztomographie (MRT) fehlt momentan noch die nötige Detailgenauigkeit, um Aktivitätsunterschiede einzelner Regionen von eng benachbarten Gehirnstrukturen sichtbar zu machen.

Aktivität der Arc-Boten-RNA (rot) in der CA1- & CA3-Region des Hippocampus und in einer angrenzenden Region (LEC)

Aktivität der Arc-Boten-RNA (rot) in der CA1- & CA3-Region des Hippocampus und in einer angrenzenden Region (LEC) © M. Sauvage

 

Sauvage und ihre Mitarbeiter schauten sich an, wie viel Arc-Boten-RNA bei den untersuchten Mäusegehirnen in der CA1- und in der CA3-Region des Hippocampus und in vier angrenzenden Regionen produziert worden war. Waren die abgerufenen Erinnerungen frisch, zeigte sich, dass die Boten-RNA nur in der CA1- und in der CA3-Region besonders aktiv war, in vier verschiedenen Regionen des rhinalen Cortex jedoch nicht. Waren die abgerufenen Erinnerungen dagegen schon vor längerer Zeit abgespeichert worden, wurde in der CA1-Region im Gegensatz zur CA3-Region immer noch relativ viel Arc-Boten-RNA hergestellt. Auch in den Regionen des rhinalen Cortex war nun die Produktionsrate dieser Boten-RNA deutlich angestiegen.

CA3-Region des Hippocampus vervollständigt Erinnerungen

„Erstmals gibt es eindeutige Hinweise dafür, dass verschiedene Hirn-Netzwerke beteiligt sind, wenn Mäuse jüngere oder sehr alte Erinnerungen abrufen“, berichtet Sauvage. Die CA3-Region, die als der Erinnerungsspeicher im Hippocampus gilt, scheint keine Rolle mehr zu spielen, wenn die Tiere sehr alte Erinnerungen abrufen. Vielmehr, so die Forscherin, kommen dann neben der CA1-Region zusätzlich mehrere angrenzende Regionen zum Einsatz. Der Grund für diesen Wechsel könnte in der Arbeitsweise der CA3-Region liegen: „In der CA3-Region werden Erinnerungen abgerufen, indem aus einem abgespeicherten Merkmal die ursprüngliche Erinnerung vervollständigt wird“, erklärt Sauvage.

„Vermutlich werden Kurznotizen über die Jahre immer stärker abgebaut und können letztendlich nicht mehr als Erinnerungsstütze genutzt werden. So muss das Gehirn auf die Regionen des angrenzenden rhinalen Cortex zurückgreifen.“
 Sauvage geht davon aus, dass sich die neuen Ergebnisse von der Maus auf den Menschen übertragen lassen, da sich die Strukturen im Hippocampus und im rhinalen Cortex zwischen beiden Spezies anatomisch und funktionell sehr ähneln. Nun wollen sie und ihr Team erforschen, auf welche Weise die CA1- und die CA3-Region unterschiedlich funktionieren und was genau in diesen beiden Regionen passiert, wenn Erinnerungen älter werden.

Originalpublikation:

Imaging a memory trace over half a life-time in the medial temporal lobe reveals a time-limited role of CA3 neurons in retrieval
Vanessa Lux et al.;
eLife, doi: 10.7554/eLife.11862.; 2016

62 Wertungen (4.79 ø)
Forschung, Medizin, Neurologie

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11 Kommentare:

Gast
Gast

Würde, was Viele glauben, nicht die materielle Instanz Gehirn, sondern die immaterielle Seele Erinnerungen speichern, hätte dies Auswirkung auf eine dann auch zu erwartende Verwertung der Forschungsergebnisse ( wenn schon Mäuse hierzu getötet werden ?

zu # 1 : War das nun sarkastisch bzw. würden Sie es kurz erklären ? Danke.

#11 |
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Gast
Gast

Es ist leider immer das gleiche, wir reden von elektronischen Schwingungen, wie bei einer statischen Aufladung beim Händeschütteln. Kann ziemlich weh tun, wenn man noch bedenkt wie groß eine Maus ist! Und wie man die meisten Ergebnisse dann so hinbiegt, dass es auf den Menschen übertragbar ist. Nicht umsonst setzen sich mittlerweile viele Mediziner gegen Tierversuche. Dazu muss man nicht einmal Vegetarier oder Veganer sein.

#10 |
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Gesundheits- und Krankenpfleger

Ich finde diesen Bericht gut und informativ, ich denke, dass hier ein Meilenstein gesetzt worden ist um auch pflegewissentschaftlich an das Thema Demenz heranzugehen. Gerade in stationären Einrichtungen ist doch ein großes Defizit der Dementenbetreuung festzustellen, welches nicht zuletzt auch daher kommt, dass eine Unwissenheit über diese Erkrankung vorhanden ist. Deshalb finde ich diesen Bericht nicht nur informativ und verständlich sondern auch als Grundlage für ein Qualtätshandbuch stationärer und ambulanter Einrichtungen um die Betreuung dementer Menschen zu professionaliesieren.

#9 |
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Ich darf mal davon ausgehen, daß alle entrüsteten Kommentatoren selbstverständlich auch kein Fleisch essen.
“Elektroschock” ist vielleicht etwas drastisch formuliert, jeder kennt es aber, wenn statisch aufgeladenen Personen einer anderen die Hand geben. Man sollte mit Überdramatisierungen Acht geben und die Welt nicht an Punkten retten wollen, wo andere Dinge wichtiger sind. Vollkommen hysterisch.

#8 |
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Gast
Gast

Wie wäre es, wenn sich solche Wissenschaftler gegenseitig mit Elektroschocks behandeln? So hätte man quasi direkt verwertbare Ergebnisse. Und man würde keine harmlosen Tiere für unqualifizierte Studien missbrauchen. Unglaublich! Man könnte dann auch noch kleine Eingriffe durchführen, um festzustellen, in welchem Hirnarealen solche grausamen Ideen entstehen.

#7 |
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Heilpraktikerin

Diese Petition unterzeichne ich sofort!

#6 |
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Dipl.-Vet.med. Gudrun Bergt
Dipl.-Vet.med. Gudrun Bergt

Tja, wenn keine harmlosen Tierversuche erlaubt werden, wie wäre es denn dann mit kleinen Menschenkindern als “Versuchskaninchen” um Grundlagenforschung zu betreiben?
Jede Kuh bekommt einen “Elektroschock”, wenn sie an einen el. Weidezaun berührt. Hier wirkt das gleiche Prinzip.

#5 |
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Dr. Gabriele Steinmetz
Dr. Gabriele Steinmetz

Was für grausame, sinnlose Tierversuche! Ich bin so empört, dass ich eine Petition dagegen initiieren werde, mit entsprechenden Zitaten aus diesem Text!!

#4 |
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Arzthelferin

Ich bin gegen Forschung mit Tierquälerei. Das ist schrecklich.

#3 |
  15
referetin christiane mahlo
referetin christiane mahlo

ja und wenn nicht, kann man sie auch nicht mehr nachholen – ODER??

#2 |
  1
Dipl. Soz. päd. Patricia Bust
Dipl. Soz. päd. Patricia Bust

Es ist nie zu spät, eine glückliche Kindheit gehabt zu haben..

#1 |
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