Wie das Gehirn entscheidet, was es sich merkt
Eine aktuelle, im Rahmen der EU-finanzierten Projekte MemOpt und SLEEPAWAY betriebene Studie(öffnet in neuem Fenster) hat ergeben, dass das Gehirn beim Lernen wahrscheinlich bestimmte Erfahrungen „kennzeichnet“, um die Erinnerung an sie später im Schlaf besser zu festigen. Die in der Fachzeitschrift „PLOS Biology“ veröffentlichte Studie liefert neue Einblicke in die neuronalen Mechanismen, mit denen unser Gehirn bestimmt, welche Informationen für die Zukunft festgehalten werden. Erinnerungen sind keine unbearbeitete Wiederholung täglicher Ereignisse, sondern vielmehr eine kuratierte Zusammenstellung der uns am stärksten prägenden Erfahrungen. Es wird angenommen, dass diese adaptive Filterung durch einen Markierungsprozess zum Zeitpunkt des Lernens gelenkt wird, bei dem bestimmte Erinnerungen als wichtig gekennzeichnet und für die Festigung in Offline-Phasen, beispielsweise im Schlaf, priorisiert werden. Ohne diesen selektiven Mechanismus würde das Gehirn eine Überlastung riskieren und wäre nicht in der Lage, wichtige Informationen vom Rauschen der Alltagserlebnisse zu unterscheiden. Während Tierstudien überzeugende Belege dafür lieferten, dass Neuheit, Wiederholung und Belohnung beeinflussen, welche Erinnerungen zur schlafabhängigen Verarbeitung markiert werden, blieben bislang direkte Beweise für einen ähnlichen Mechanismus beim Menschen aus. Die neue Studie schließt nun diese Lücke und wartet mit dem ersten eindeutigen neuronalen Beweis dafür auf, dass das menschliche Gehirn bestimmte Erinnerungen tatsächlich bereits in dem Moment, in dem sie entstehen, zur nächtlichen Festigung vorbereitet. „Wie das Gehirn entscheidet, was ausreichend wichtig ist, um es sich zu merken, und was vergessen werden kann, stellt nach wie vor ein Rätsel dar“, kommentieren die Autoren der Studie in einer Pressemitteilung auf „EurekAlert!“(öffnet in neuem Fenster). „Diese neuen Erkenntnisse tragen zur Beantwortung dieser Frage bei, da sie erstmals ein Muster neuronaler Aktivität aufdecken, das dem Gehirn vorgibt, welche Erlebnisse es während des Schlafs verarbeiten und zu Langzeiterinnerungen ausbauen soll.“
Gedächtnissignale des Gehirns entschlüsseln
Um diesen Mechanismus der Erinnerungsauswahl zu untersuchen, rekrutierte die Forschungsgruppe 31 gesunde junge Erwachsene und maß mithilfe von Elektroenzephalografie (EEG) die Muster der Gehirnaktivität, während diese Reihen von Objekt-Wort-Paaren erlernten. Jede teilnehmende Person wurde sofort und erneut nach einer zweistündigen Pause zu den Paaren befragt, wobei dieser Vorgang bei zwei getrennten Terminen durchgeführt wurde. Bei dem einen Termin durften sie einen Mittagsschlaf einlegen, während sie beim anderen Naturdokumentationen ansahen. Auf diese Weise konnte das Forschungsteam vergleichen, wie gut das Lernmaterial nach dem Schlafen im Vergleich zum Wachzustand im Gedächtnis blieb. Das wissenschaftliche Team analysierte die EEG-Messwerte der Beteiligten und entschlüsselten dabei bestimmte Gehirnzustände, die beim Lernen auftraten und mit den Erinnerungen korrespondierten, die später im Schlaf gefestigt wurden, wobei die während der Kodierung aufgezeichneten repetitiven Schwingungen den Elementen zuordnet wurden, an die sich die Personen nach der Ruhephase erinnerten. Die Gruppe stellte fest, dass Wort-Objekt-Paare, die während des Lernens von Theta-Oszillationen im Bereich von 3 bis 8 Hz begleitet wurden, mit größerer Wahrscheinlichkeit eine Schlafphase, jedoch aber keine Wachphase überstanden. Diese Theta-Aktivität sagte wiederum eine stärkere Kopplung zwischen langsamen Oszillationen und Schlafspindeln, d. h. Ausbrüchen neuronaler Aktivität im schlafenden Gehirn, voraus, die ihrerseits mit einer besseren Gedächtnisleistung nach dem Schlafen in Verbindung standen. Obwohl in der Studie das Erinnerungsvermögen erst nach zwei Stunden geprüft wurde, lässt sich an den Ergebnisse ablesen, dass Theta-Oszillationen das neuronale Signal sind, mit dem das Gehirn Erfahrungen zur nächtlichen Festigung kennzeichnet. „Unsere neuen Erkenntnisse bringen mehr Licht in jene Gehirnprozesse, die bestimmen, was letztlich im Gedächtnis bleibt. Sie könnten neue Wege zum Verständnis und zur Behandlung häufiger psychischer Probleme wie etwa Depressionen eröffnen“, erklären die Autoren. Das Projekt MemOpt (Optimising memory: Understanding the role of sleep in selective memory strengthening) endete 2024. Das Projekt SLEEPAWAY (Forgetting unwanted memories in sleep) wird 2030 enden. Weitere Informationen: Projekt MemOpt Projekt SLEEPAWAY
