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Wissenschaftler inaktivieren und reaktivieren Erinnerungen an Ratten mit Licht
Science-Fiction nähert sich der Realität mit einem neuen Experiment, bei dem Wissenschaftler optische / genbasierte Technologie einsetzten, bei der ein Lichtblitz zur Inaktivierung und anschließenden Reaktivierung einer Erinnerung bei gentechnisch veränderten Ratten eingesetzt wurde. Sie berichten ihre Ergebnisse in der Zeitschrift Natur.
Die Forscher, angeführt von Dr. Roberto Malinow von der Universität von Kalifornien-San Diego, sagen, dass ihre Studie die ersten Beweise dafür ist, dass verstärkte Verbindungen zwischen Neuronen im Gehirn in das Gedächtnis involviert sind.
Nationales Institut für Seelische Gesundheit (NIMH) Direktor Dr. Thomas R. Insel sagt:
"Über mögliche Anwendungen bei Störungen des Gedächtnismangels, wie zum Beispiel Demenz, könnte dieses verbesserte Verständnis darüber, wie Gedächtnis funktioniert, Anhaltspunkte für die Kontrolle von außer Kontrolle geratenen emotionalen Erinnerungen bei psychischen Erkrankungen, wie posttraumatische Belastungsstörung, enthalten."
Obwohl lange angenommen wurde, dass die Langzeitpotenzierung (LTP) - gestärkte Verbindungen zwischen Neuronen - die Bildung von Erinnerungen steuert, stellt das Team fest, dass es bis zu ihrer Studie keinen Beweis dafür gab.
Um Beweise zu liefern, modifizierten Dr. Malinow und sein Team die Stärke von Synapsen in einer Gedächtnisschaltung.
Sie taten dies, indem sie LTP bei der Bildung eines Speichers identifizierten und den Speicher mit einem Prozess löschten, der LTP umkehrte. Sie brachten dann die Erinnerung zurück durch LTP.
Das Team entfernte die Erinnerungen der Ratten und stellte sie dann mithilfe von Optogenetik wieder her
Die Forscher verwendeten ein neues Werkzeug auf dem Gebiet der Neurowissenschaften: Optogenetik.
Dies geschieht durch Anpassung der zellulären Mechanismen, die es ermöglichen, dass grundlegende Organismen wie Algen vom Sonnenlicht kontrolliert werden. In ihrem Experiment kontrollierte das Team jedoch spezifische Schaltungskomponenten in Tieren mit einem Laser.
Die Forscher konnten Angsterinnerungen bei Ratten entfernen und mittels Optogenetik zurückbringen.
Sie stellen fest, dass in typischen Angstkonditionierungsstudien ein Ton, der bei Nagetieren mit einem Fußschock gepaart wird, Angst hervorruft, wenn der Ton in Zukunft ertönt. Wenn der Speicher im Nagetier aktiv ist, erstarrt er beim Klang des Tons.
Aber in ihrem Experiment haben Dr. Malinow und seine Kollegen den Schock mit der optogenetischen Stimulation gekoppelt, die eine Gruppe von Neuronen in einem Gehirnkreislauf entzündete, der mit einem akustischen Angstgedächtnis verbunden war.
"Es ist nur ein Dschungel im Gehirn - zu viele Nervenzellen kommen an einem Ort durch", erklärt Dr. Malinow und erklärt, warum frühere Elektrostimulationstechniken diese Schaltungen nicht zielgenau ansteuern konnten.
Als sie das Muster der optogenetischen Stimulation variierten, stärkten er und sein Team die Neuronenverbindungen durch Förderung von LTP. Darüber hinaus konnten sie durch einen Prozess, der Langzeitdepression (LTD) genannt wird, die Verbindungen schwächen.
Das bedeutet, dass sie in der Lage waren, ein Angstgedächtnis in den Ratten zu entfernen und es dann zurück zu bringen.
Dr. Malinow sagt:"Unsere Ergebnisse tragen zu der zunehmenden Evidenz bei, dass das Gehirn eine Erinnerung darstellt, indem es Neuronenverbände mit verstärkten Verbindungen oder Synapsen bildet. Ferner legen die Ergebnisse nahe, dass schwächelnde Synapsen wahrscheinlich neuronale Aggregate zerlegen, um ein Gedächtnis zu inaktivieren."
Erkenntnisse könnten Auswirkungen auf Alzheimer haben
Nachdem sie die postmortalen Gehirne mit Optogenetik näher untersucht hatten, stellte das Team fest, dass die Zielzellen Veränderungen in der Empfindlichkeit der chemischen Botenstoffe im Gehirn aufwiesen.
Sie sagen, solche Veränderungen bestätigen die Rolle der Stärkung und Schwächung der synaptischen Verbindungen beim Ein- und Ausschalten des Gedächtnisses.
"Wir haben gezeigt, dass die schädlichen Produkte, die sich im Gehirn von Alzheimer-Patienten bilden, die Synapsen schwächen können, genauso wie wir Synapsen geschwächt haben, um ein Gedächtnis zu beseitigen", sagt Dr. Malinow.
Er schlägt vor, dass ihre Forschungslinie Möglichkeiten bieten könnte, in den Prozess geschwächter Synapsen bei solchen Patienten einzugreifen.
Chijko Asanuma, PhD, der NIMH-Abteilung für Neurowissenschaften und grundlegende Verhaltenswissenschaften, sagt:
"Neben der Beseitigung von Zweifeln über eine Verbindung zwischen LTP / LTD und Erinnerungen, hebt diese Arbeit das unglaubliche Potenzial von Präzisions-Targeting und Schaltkreismanipulation zur Linderung von maladaptiven Erinnerungen hervor."
Die Studie wurde vom NIMH finanziert.
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