Papierkorb des Gehirns

11.05.2014
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Die Neubildung von Neuronen im Hippocampus führt zum Vergessen bereits erlernter Gedächtnisinhalte. Dies konnten Wissenschaftler der Universität Toronto mit Hilfe umfangreicher Experimente in verschiedenen Spezies zeigen.

Lern- und Gedächtnisfunktion sind in unserem alltäglichen Leben von essentieller Bedeutung. Wir nehmen Umweltreize über unsere Sinnesorgane auf, filtern und verarbeiten diese und speichern neu Erlerntes in unserem Gedächtnis ab. Gleichzeitig werden aufgenommene Reize mit alten Informationen verglichen und in einen Kontext eingeordnet. Doch nicht nur das Lernen neuer Inhalte ist wichtig, auch das Vergessen alter Informationen ist ein natürlicher Prozess. 

Neues Lernen

Bei Lernprozessen spielt auf zellulärer Ebene die synaptische Plastizität eine große Rolle. Dabei handelt es sich um die Fähigkeit, neue Kontaktstellen, sog. Synapsen, zwischen einzelnen Nervenzellen herzustellen. Bei dieser plastischen Veränderung entstehen neue Netzwerke, die große Verbände von Neuronen miteinander verbinden. Neben der Veränderung der Synpasen findet entgegen früherer Lehrmeinungen auch im erwachsenen Gehirn eine Neurogenese, also die Neubildung von Nervenzellen aus Vorläufern, statt. Dieser Prozess wird vor allem im Hippocampus beobachtet, einer Hirnstruktur, die besonders stark mit dem Gedächtnis assoziiert ist.

Altes Vergessen

Die neu geborenen Nervenzellen im Hippocampus bieten das Potential zur Entwicklung erweiterter neuronaler Netzwerke und somit zum Lernen neuer Informationen. Die kontinuierliche Neubildung von Neuronen kann jedoch möglicherweise zu einer Veränderung bereits bestehender neuronaler Netzwerke führen. Karl Deisseroth, Neurowissenschaftler der Stanford Universität in Californien, zeigte vor knapp 10 Jahren ein Computermodell, nach dessen Vorhersage eine hohe Rate an Neurogenese im Hippocampus zum Verlust vorher erworbener Gedächtnisinhalte führt. Der Hintergedanke dabei ist, dass die neuen Zellen mit den bereits bestehenden Nervenzellen um synaptische Verbindungen konkurrieren. Die höchste Rate an Neurogenese besteht im Kindesalter. Erwachsene erinnern sich nur selten an die Ereignisse vor dem dritten Lebensjahr, einen Zustand, den man als  „infantile Amnesie“ bezeichnet.

Die vergessliche Maus

In einer neu veröffentlichten Studie im Fachjournal Science zeigen die Autoren um Sheena Josselyn und Paul Frankland von der Universität Toronto erstmals in Verhaltensexperimente an Mäusen, dass die Neurogenese im Hippocampus sowohl in der Kindheit als auch im Erwachsenen das Vergessen alter Gedächtnisinformationen reguliert. Die Wissenschaftler nutzten für ihre Untersuchungen Verhaltenstests, bei denen Mäuse eine bedingte Reaktion auf einen konditionierten Stimulus erlernen. Das konditionierte Verhalten wird in späteren Tests überprüft und gilt als Indikator für intakte Lern- und Gedächtnisprozesse.

In den verschiedenen Testreihen wurde das Ausmaß der Neurogenese an Hirnschnitten mittels der Höhe eines Proliferationsindex (Ki67) und der Anzahl unreifer Neurone (DCX+ , doublecortin+ Zellen) bestimmt. Durch körperliche Anstrengung beispielsweise wird die Neurogenese im Hippocampus angekurbelt. Verhaltenstests zeigten schlechtere Ergebnisse für das Wiederaufrufen der vorher konditionierten Gedächtnisinhalte, wenn die Mäuse nach dem initialen Lernen ein Lauftraining absolvierten. Wurde das körperliche Training vor dem Lernen durchgeführt, blieb der Lernprozess unbeeinträchtigt. Übereinstimmend mit diesem Resultat zeigten pharmakologische Interventionen mit dem Chemotherapeutikum Temozolomid, das die Neurogenese im Hippocampus reduziert, ein verbessertes Wiederaufrufen der konditionierten Gedächtnisinhalte. Mithilfe eines transgenen Mausmodells, bei dem nach Gabe von Ganciclovir selektiv Nestin+ proliferierende Zellen zum Zelluntergang gezwungen werden, konnten die Wissenschaftler ähnliche Resultate in Mäusen nachweisen.

Meerschweinchen und Strauchratten haben im Gegensatz zu Mäusen längere Tragezeiten und somit ein geringeres postnatales Gehirnwachstum. Eine infantile Amnesie wird bei diesen Tieren nicht beobachtet. Die Autoren der Studie induzierten durch körperliches Training oder pharmakologische Intervention eine erhöhte Neurogenese. Damit gelang es, die infantile Amnesie auch in diesen Spezies nachzustellen.

Fazit

Die Autoren präsentieren eine aufwendige grundlagenwissenschaftliche Studie mit Verhaltensexperimenten, pharmakologischer und genetischer Interventionen sowie einer Betrachtung verschiedener Spezies. Inwiefern die Ergebnisse dieser Studie auf Menschen übertragbar sind und welche weiteren Implikationen sich daraus ergeben, bleibt eine offene Frage.

 


Originalpublikation:

Hippocampal Neurogenesis Regulates Forgetting During Adulthood and Infancy Katherine G. Akers, ..., Sheena A. Josselyn, and Paul W. Frankland Science 9 May 2014: 344 (6184), 598-602. [DOI:10.1126/science.1248903]

Bildquelle: Steve Johnson, flickr / CC-by

Artikel letztmalig aktualisiert am 10.06.2014.

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