Wie verbindet das Gehirn verschiedene Erinnerungen?

Neurowissenschaftler am Massachusetts Institute of Technology glauben, dass sie zwei neuronale Schaltkreise entdeckt haben, die koordinieren, wie zeitgebundene Erinnerungen im Gehirn gebildet und gespeichert werden.

Wissenschaftler wissen bereits, dass Erinnerungen an Ereignisse ("episodische Erinnerungen" genannt) im Hippocampus-Bereich des Gehirns entstehen. Der Hippocampus erhält Informationen aus dem entorhinalen Cortex (einer Region des zentralen Cortex), die sensorische Informationen verarbeiten.

Forschungen an Tieren haben uns gezeigt, dass Neuronen im Gehirn, sogenannte "place cells", feuern, wenn sich ein Tier an einem bestimmten Ort befindet, der mit einer Erinnerung verbunden ist.

Dies erklärt, wie das Gehirn Erinnerungen und Orte verbinden kann, aber Experten wissen relativ wenig darüber, wie Objekte und Zeit im Gehirn assoziiert sind.

Die Forscher hinter der neuen Studie, in der Zeitschrift veröffentlicht Wissenschaft, fanden in einer 2011 an Mäusen durchgeführten Studie einige Antworten darauf. Durch die Verbindung von Erinnerungen zweier getrennter Sinneserfahrungen - einem Schall und einem elektrischen Schock, die im Abstand von 20 Sekunden auftreten - und der Analyse der neuronalen Antworten der Mäuse, lokalisierten sie den Kreislauf zwischen dem Hippocampus und dem entorhinalen Kortex im Gehirn der Maus.

Durch die Störung dieser Schaltung (die "monosynaptische Schaltung" genannt) konnten die Wissenschaftler verhindern, dass die Mäuse den Schall mit dem Schock assoziierten - sie fürchteten den Klang nicht mehr.

Was sagt uns die neue Studie?

Zellen, die Cluster in der entorhinalen Kortexschicht II bilden - grün zeigt Inselzellen, während rot Ozeanzellen zeigt.
Bildnachweis: RIKEN

In der neuen Studie bauten die Forscher ihre Arbeit von 2011 auf, indem sie eine zweite - bisher unbekannte - Schaltung aufdeckten, die den monosynaptischen Kreislauf unterdrücken kann. Die Forscher entdeckten in dieser Schaltung eine neue Art von Neuronen, die sie wegen ihrer geclusterten, kreisförmigen Formation "Inselzellen" nannten.

Zuvor waren die Mäuse, die das Team des Massachusetts Institute of Technology (MIT) untersucht hatte, nicht in der Lage, die Erinnerungen an den Schall und den Schock für mehr als 20 Sekunden zu verknüpfen. In der neuen Studie stellten die Wissenschaftler jedoch fest, dass sie diese Rückrufzeit sowohl manipulieren als auch länger machen konnten.

Sie fanden heraus, dass die Verstärkung der Aktivität von Zellen in der dritten Schicht des entorhinalen Kortex den Mäusen ermöglichen würde, die Speicherverbindung über längere Zeiträume herzustellen. Um diese Rückrufzeit zu verkürzen, könnten die Forscher die Aktivität der Zellen der dritten Schicht reduzieren oder könnten die neu entdeckten Inselzellen stimulieren, die den gleichen Effekt hatten.

Beide Methoden, die verwendet wurden, um die Verbindung zwischen Schall und Schock zu verkürzen, führten zu einer "Abschwächung" der Aktivität im Hippocampus. Daraus folgern die Forscher, dass es eine verlängerte Aktivität in einem bestimmten Bereich des Hippocampus (genannt "CA1") ist, der diese beiden Erinnerungen verknüpft.

Wie wirken sich diese Kreiswechselwirkungen auf uns aus?

Grün zeigt Axone von Inselzellen, während Blau die Kerne zeigt. Rot zeigt den Marker der CA2-Region.
Bildnachweis: RIKEN

Die Forscher glauben, dass es das Gleichgewicht dieser beiden neuronalen Schaltkreise ist - der monosynaptische Kreis und die Inselzellen - die es uns erlauben, auf Anzeichen einer sich nähernden Gefahr zu reagieren, ohne sensibel auf sensorische Informationen zu reagieren oder "gelähmt vor Angst".

"Es ist wichtig für uns, Dinge zu verbinden, die mit einer zeitlichen Lücke verbunden sind", sagt Studienautor Prof. Susumu Tonegawa, der Mitglied des Picower Instituts für Lernen und Gedächtnis des MIT ist. "Für Tiere ist es sehr nützlich zu wissen, welche Ereignisse sie assoziieren sollten und was nicht."

Vor kurzem, Medizinische Nachrichten heute berichteten über eine weitere Studie, in der die Gedächtniszuordnung zwischen Schall und Elektroschock bei Mäusen untersucht wurde. Die Forscher hinter dieser Studie - vom Medical College of Georgia an der Georgia Regents University - fanden heraus, dass sie die Gedächtnisverbindung bei den Mäusen aufbrechen konnten, indem sie einen Rezeptor im Hippocampus, den sogenannten N-Methyl-D-Aspartat-Rezeptor, aufbrachen.