Umlernen: Kognitive Flexibilität steuerbar

10. Februar 2014
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Warum fällt Umlernen so schwer? Eine aktuelle Studie zeigt, dass im erwachsenen Gehirn die extrazelluläre Matrix, die die Nervenzellen umgibt, der Hirnplastizität entgegenwirkt. Löst man sie experimentell auf, gelingt das Umlernen leichter.

In der „Matrix“-Film-Trilogie befreit sich der Held Neo aus der Matrix, um sein fremdbestimmtes Bewusstsein wieder selbst zu kontrollieren. Was dort als Fiktion erzählt wird, hat einen verblüffenden neurowissenschaftlichen Bezug: Neuronen sind im erwachsenen Gehirn von einer biologischen Matrix umgeben, die die Hirnfunktionen offenbar weit mehr mitbestimmt als bisher angenommen wurde.

Bei kognitiven Umlernprozessen eher hinderlich

Diese Extrazelluläre Matrix (ECM), welche sich wie eine Art Netz schützend um die synaptischen Kontaktstellen zwischen den einzelnen Nervenzellen legt, stabilisiert neuronale Schaltkreise. Dadurch werden Gedächtnisinhalte konserviert – eine grundlegende Voraussetzung für die Langzeitspeicherung von Erinnerungen. Eine solche Stabilisierung könnte jedoch auf Kosten der Freiheitsgrade beim flexiblen Umgang mit bestehenden Gedächtnisinhalten gehen und so bei notwendigen kognitiven Umlernprozessen eher hinderlich sein. In einer aktuellen Studie sind Forscher des Leibniz-Institutes für Neurobiologie in Magdeburg dieser Frage auf den Grund gegangen, in dem sie Mongolische Wüstenrennmäuse in einem kognitiv anspruchsvollen Umlern-Experiment untersucht haben.

Auflösung der ECM-Struktur im Gehirn durch Injektion

Zunächst lernten die Tiere zwei Tonsignale voneinander zu unterscheiden, in dem sie bei dem einen Reiz eine kleine Hürde überspringen und bei dem anderen Reiz in der Box sitzen bleiben. Die Tiere erlernten die Bedeutung der beiden akustischen Reize schnell und lösten die Aufgabe schon nach einigen Tagen Training perfekt. Dreht man nun die Bedeutung der beiden Tonsignale von einem Tag auf den anderen um, so müssen die Tiere die gelernten Assoziationen umlernen, was den Rennmäusen kaum gelang – das einmal etablierte Gedächtnis ist dem Umlernen offenbar im Weg. Die Forscher konnten zeigen, dass eine Auflösung der ECM-Struktur im Gehirn der Rennmäuse durch Injektion eines entsprechenden Enzymes direkt in die Hörrinde die für das Umlernen notwendigen Strategiewechsel verbessert – die Tiere können die neue Bedeutung lernen. Die Abschwächung der schützenden Matrix-Netze hat jedoch keinen Einfluss auf generelle sensorische Lern-Prozesse oder gar auf den Abruf bereits bestehender Gedächtnisinhalte, d.h. die Rennmäuse hatten die früher gelernte Strategie nicht vergessen, ihr Gehirn hat aber an Plastizität gewonnen.

Nutzen bei Behandlung von Schlaganfällen

Durch eine solche funktionelle Erhöhung der synaptischen Plastizität könnte die Modulation der ECM im erwachsenen Gehirn als geeignete Methode dienen, die kognitive Flexibilität im Umgang mit bestehenden, erlernten Verhaltensweisen zu verbessern und einen aktiven Umbau von Gedächtnisinhalten zu ermöglichen. Die Studie offenbart dadurch auch ein vielversprechendes Zukunftspotential für neue klinische Therapiekonzepte, wo das „Fenster der Möglichkeiten“ für eine lokale Neuverdrahtung im Gehirn wieder geöffnet werden kann. Das könnte sich beispielsweise im Zusammenhang mit der Behandlung von Schlaganfällen oder der Entwicklung von Neuroprothesen als nützlich erweisen.

Originalpublikation:

Enhanced cognitive flexibility in reversal learning induced by removal of the extracellular matrix in auditory cortex
Renarto Frischknecht et al.; PNAS, 2014

41 Wertungen (4.12 ø)

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3 Kommentare:

Reiner Gebbensleben hat im Buch “Der sechste Sinn und seine Phänomene” auf die unterschiedliche Bedeutung der Grauen und der weißen Schicht des Gehirns hingewiesen. Seien theoretischen Überlegungen finden hier eine gute Entsprechung durch den Laborversuch.

#3 |
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Dr. med. Helga Scheer
Dr. med. Helga Scheer

Doch, ja, Sie und ich sind Wüstenmäuse… und falls ich oder einer in meiner Familie mal unter den Folgen eines Schlaganfalls leidet, bin ich dankbar für eine neue Möglichkeit, dem zu begegnen!

#2 |
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Dipl. Ing. Bernd H.K. Hoffmann
Dipl. Ing. Bernd H.K. Hoffmann

Liest sich sehr interessant. Ist das aber nicht vielleicht auch etwas gefährlich, Gedankengänge mittels Spritze umzupolen…? Man ist doch keine Wüstenmaus.

#1 |
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