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Network representations of contextual memory in a neocortical circuit

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Forschung entschlüsselt, wie das Gehirn kontextbezogene Erinnerungen abruft

Zahlreiche Neuronen in der Hirnrinde feuern synchron, um Erinnerungen zu schaffen, die an Orte, Zeiten und Emotionen gebunden sind. Es ist allerdings noch nicht bekannt, wie und wann eine solche Synchronisation auftritt.

Grundlagenforschung

Henry Molaison ist wohl der ikonischste Fall im Bereich der Neurowissenschaft. Als ihm in den 1950er Jahren zur Behandlung einer hartnäckigen Epilepsie der Hippocampus des Gehirns operativ entfernt wurde, erfuhr das wissenschaftliche Verständnis des Gedächtnisses einen enormen Schub. Der Patient verlor die Fähigkeit, neue Erinnerungen zu bilden. Die Erledigung von Aufgaben, welche den Abruf aus dem Langzeitgedächtnis erforderten, war ihm nur noch beschränkt möglich. Seine Intelligenz, konkret die Fähigkeit, neue motorische Fähigkeiten zu erwerben, blieb intakt. Dies deutet darauf hin, dass der Hippocampus für den Abruf von Ereignissen zuständig ist, die als episodische Erinnerungen bezeichnet werden. „Episodische Erinnerungen sind autobiografische Erinnerungen an bestimmte Ereignisse in unserem Leben, z. B. an den Ort, an dem wir unsere Hochzeit gefeiert haben. Wir erinnern uns höchstwahrscheinlich an feine Details: wie das Restaurant oder der Garten aussahen oder wie die Tische angeordnet waren. Solche an bestimmte Orte, Zeiten und Emotionen gebundene Erinnerungen sind integraler Bestandteil unseres Lebens“, so Koen Vervaeke, Koordinator des Projekts RSCmemory, das im Rahmen der Marie-Skłodowska-Curie-Maßnahmen gefördert wurde.

Erinnerungen fließen aus dem Hippocampus in andere Hirnareale

Das klassische Modell der Gedächtniskodierung und des Gedächtnisabrufs geht davon aus, dass Erinnerungen, die zunächst im Hippocampus untergebracht sind, im Laufe der Zeit reifen und dann hinaus fließen. Der Hippocampus verändert die Neuronenverbindungen in der Hirnrinde und zeigt ihr so, wie sie eine Erinnerung repräsentieren soll. Wenn die Erinnerung gereift ist, stößt der Hippocampus sie aus und sie wird in die Hirnrinde verlagert. „Neue Studien deuten darauf hin, dass ein bestimmter Teil der Hirnrinde, der als retrospleniale Hirnrinde bekannt ist, eine führende Rolle beim Abrufen kontextbezogener Erinnerungen übernimmt. Eine Schädigung dieses Teils des Gehirns würde die Fähigkeit, unser Gedächtnis zu durchsuchen, stark beeinträchtigen. Dazu zählt unsere Erinnerung daran, wann wir zum ersten Mal ein Lied gehört haben, das, obwohl es neu ist, vertraut klingt“, erklärt Vervaeke. Die Forschung hat auch die Rolle der retrosplenialen Hirnrinde bei der Fähigkeit von Nagetieren beschrieben, verschiedene Details eines Ereignisses miteinander zu verbinden. Wie neuronale Ensembles in der retrosplenialen Hirnrinde kontextuelle Erinnerungen repräsentieren, ist noch unbekannt.

Erforschung neuronaler Schaltkreise, die für die kontextuelle Erinnerung benötigt werden

Das Projekt RSCmemory war einer der ehrgeizigsten Versuche, die Antwort auf diese Frage zu finden. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler verwendeten neuartige optische Techniken, um die Aktivitäten einzelner Zellen in der retrosplenialen Hirnrinde von Mäusen zu überwachen und zu steuern. Entscheidend war dabei die Fokussierung auf die Verfolgung von Neuronen, welche unterschiedlichen Kontextinformationen ausgesetzt waren. Mit Hilfe von Zwei-Photonen-Mikroskopie und Optogenetik aktivierten die Forschenden neuronale Antworten in der retrosplenialen Hirnrinde. Dies brachte zum Vorschein, dass die Repräsentation der zeitlichen Information zwischen den dargebotenen Sinnesreizen kontextabhängig war. Die neuronalen Antworten unterschieden sich je nach Identität des vorangegangenen Sinnesreizes. Durch die Aufzeichnung hippocampaler Oszillationen und die gleichzeitige Abbildung von Neuronen in der retrosplenialen Hirnrinde fand das Team heraus, dass sensorische Reize nicht nur neuronale Entladungen in der retrosplenialen Hirnrinde hervorrufen, sondern auch neuronale Oszillationen im Hippocampus synchronisieren. Weiter fanden die Forschenden heraus, dass das Ausschalten der neuronalen Aktivität im Nucleus septalis medialis die Fähigkeit des Hippocampus, Theta-Oszillationen zu erzeugen, beeinträchtigt. Dies wiederum vermindert die Gesamtzahl der Neuronen in der retrosplenialen Hirnrinde, in welcher sensorische und zeitliche Informationen verarbeitet werden. Die Auswertung dessen, wie neuronale Schaltkreise die kontextuelle Erinnerung repräsentieren, ist noch nicht abgeschlossen. Die bisherigen Daten bestätigen jedoch, dass die retrospleniale Hirnrinde tatsächlich für die Bildung der Basis für kontextuelle Erinnerungen verantwortlich ist. „Das Verständnis der Repräsentation zeitlicher Kontextinformationen in der retrosplenialen Hirnrinde könnte Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern dabei helfen, die Mechanismen aufzudecken, welche gestörten Gedächtnisprozessen bei der Alterung zugrunde liegen“, merkt Vervaeke an. „Jüngste Studien haben gezeigt, dass die retrospleniale Hirnrinde eines der ersten Gehirnareale ist, die in den frühen Stadien der Alzheimer-Krankheit geschädigt werden.“

Schlüsselbegriffe

RSCmemory, Neuron, Hippocampus, retrospleniale Hirnrinde, kontextuelle Erinnerungen, episodische Erinnerungen, Alzheimer-Krankheit

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