Speicher verknüpft mit bestimmten Gehirnzellen

Glückliche oder schreckliche Erinnerungen wie der erste Kuss oder eine Beule in der Nacht hinterlassen Erinnerungsspuren oder Engramme, die wir anregen können, wenn wir uns an Dinge in der Vergangenheit erinnern, komplett mit Zeit, Ort und allen Empfindungen, die wir erfahren haben.
Das Online-Journal Natur zeigt die Antwort auf die Frage, ob diese Engramme konzeptuell sind oder ob sie aus einem physischen Netzwerk von Neuronen im Gehirn bestehen. Forscher am MIT haben entschieden, zu zeigen, dass Erinnerungen tatsächlich in bestimmten Gehirnzellen liegen und dass ein Mensch durch die Aktivierung eines winzigen Bruchteils dieser Zellen ein ganzes Gedächtnisereignis nennen kann. Dies würde zum Beispiel erklären, wie Marcel Proust Kindheitserinnerungen an den Geruch eines Madeleine-Kekses erinnern konnte, den er als Kind liebte.
Der leitende Forscher Susumu Tonegawa, der Picower-Professor für Biologie und Neurowissenschaften am MIT sagt:

"Wir zeigen, dass ein Verhalten auf der Grundlage von Kognition auf hohem Niveau, wie die Expression eines spezifischen Gedächtnisses, in einem Säugetier durch hochspezifische physikalische Aktivierung einer spezifischen kleinen Subpopulation von Gehirnzellen, in diesem Fall durch Licht, erzeugt werden kann rigorous designed 21st century test des kanadischen Neurochirurg Wilder Penfield der frühen 1900er Jahre zufällige Beobachtung darauf hindeutet, dass Geist auf Materie basiert. "

Penfields Epilepsiebehandlung bestand darin, Teile der Gehirne der Patienten auszusortieren, aus denen die Anfälle entstanden waren. Dann stimulierte er das Gehirn mit kleinen Stromstößen, um sicherzustellen, dass nur die problematischen Neuronen zerstört wurden, während die lokal anästhesierten Patienten während des Eingriffs berichteten, was sie erlebt hatten.
Als Penfield nur ein paar Neuronen im Hippocampus stimulierte, von denen heute bekannt ist, dass sie an der Bildung und Erinnerung episodischer Erinnerungen beteiligt sind, war er erstaunt, dass einige Patienten sich lebhaft an ganze umfassende Ereignisse erinnerten.
Seitdem war dies der Grund für weitere Untersuchungen. Bisher konnten die Forscher jedoch nicht nachweisen, dass es ausreicht, den Hippocampus direkt zu reaktivieren, um Erinnerungen an das Gedächtnis zu erzeugen.
Vor sieben Jahren entdeckten Wissenschaftler eine neue Technologie namens Optogenetik, die genetisch veränderte Neuronen stimulieren kann, so dass sie lichtaktivierte Proteine ??exprimieren. Co-Autor Xu Liu, ein Postdoc in Tonegawas Labor sagt:

"Wir dachten, wir könnten diese neue Technologie nutzen, um die Hypothese über Speichercodierung und -speicherung in einem Mimikry-Experiment direkt zu testen."

Steve Ramirez, ein weiterer Co-Autor und ein Doktorand im Tonegawa-Labor, fügt hinzu:

"Wir wollten eine Erinnerung künstlich aktivieren, ohne die übliche sensorische Erfahrung zu haben, die den experimentellen Beweis liefert, dass selbst flüchtige Phänomene wie persönliche Erinnerungen in der physischen Maschinerie des Gehirns liegen."

Der erste Schritt ihres Experiments beinhaltete die Identifizierung eines spezifischen Satzes von Gehirnzellen innerhalb des Hippocampus, der nur aktiv war, wenn eine Maus eine neue Umgebung erforschte. Sobald sie feststellten, welche Gene in den Gehirnzellen aktiviert waren, koppelten sie sie mit dem Gen für Channelrhodopsin-2 (ChR2), das ein lichtaktiviertes Protein ist, das in der Optogenetik verwendet wird.
Dann implantierten sie das gekoppelte Gen in den Gyrus dentatus der Mäuse, einen Teil innerhalb des Hippocampus, von dem angenommen wird, dass er zur Bildung neuer Erinnerungen beiträgt, sodass sie die Mäuse untersuchen konnten, indem sie winzige optische Fasern verwendeten, um Lichtimpulse an die Neuronen abzugeben.
Sie fanden eine geniale Möglichkeit, das physikalische Netzwerk von Neuronen, die mit einem bestimmten Speicher-Engramm verbunden sind, für eine bestimmte Erfahrung zu kennzeichnen, indem sie sicherstellten, dass das lichtaktivierte Protein nur in den Neuronen exprimiert wird, die am erlebnisorientierten Lernen beteiligt sind.
Die Mäuse durften dann in eine neue Umgebung eindringen und erhielten nach einigen Minuten der Exploration einen kleinen Schock auf den Fuß, was ihnen beibrachte, die besondere Umgebung zu fürchten, in der sie den Schock erleiden mussten.
Die Forscher markierten dann die Gehirnzellen mit ChR2, die in dem Moment aktiviert wurden, in dem die Mäuse Angst hatten und beobachteten, dass diese Neuronen, die am Angstgedächtnis beteiligt waren, angeschaltet wurden, wenn die Mäuse später in einer völlig anderen Umgebung Lichtpulsen ausgesetzt wurden. und dass die Mäuse schnell eine defensive, unbewegliche Haltung einnahmen.
Das Ergebnis dieses lichtinduzierten Einfrierens deutet darauf hin, dass sich die Tiere tatsächlich an die Erinnerung erinnerten, schockiert zu sein und eine Wiederholung einer angstvollen Erinnerung wahrzunehmen, obwohl die Erinnerung künstlich reaktiviert wurde. Liu kommentiert:

"Unsere Ergebnisse zeigen, dass Erinnerungen wirklich in sehr spezifischen Gehirnzellen liegen und einfach durch die Reaktivierung dieser Zellen durch physikalische Mittel, wie Licht, kann eine ganze Erinnerung zurückgerufen werden."

Tonegawa bezieht sich auf den französischen Philosophen des 17. Jahrhunderts, der schrieb: "Ich denke, also bin ich", und sagte:

"René Descartes glaubte nicht, dass der Verstand als eine Naturwissenschaft studiert werden kann. Er lag falsch. Diese experimentelle Methode ist die ultimative Methode, um zu zeigen, dass der Geist, ebenso wie die Erinnerung, auf Veränderungen in der Materie beruht."

Der Ansatz könnte auch potenziell bei der Untersuchung neurodegenerativer und neuropsychiatrischer Störungen verwendet werden.
Ramirez sagt:

"Je mehr wir über die beweglichen Teile unseres Gehirns wissen, desto besser können wir herausfinden, was passiert, wenn Gehirnstücke zerbrechen."

Geschrieben von Petra Rattue