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Medizin

Wie das Gehirn Gedächtnisinhalte miteinander verknüpft

Montag, 15. April 2019

/Cognitive and clinical neurophysiology group, Uni Bonn

Bonn – Das menschliche Gehirn ergänzt häufig Erinnerungen um damit verknüpfte Ge­dächtnisinhalte. Eine neue Studie der Universitäten Bonn und Birmingham zeigt nun, welche Mechanismen dabei ineinander greifen. Die Arbeit ist in der Zeitschrift Nature Communications erschienen (2019; doi: 10.1038/s41467-019-09558-3).

„Wenn wir das Foto von einem sonnigen Strandtag betrachten, meinen wir manchmal fast, noch den Geruch von Sonnencreme zu riechen“, geben die Wissenschaftler um Flo­rian Mormann ein Beispiel für das untersuchte Phänomen. Mormann leitet am Universi­tätsklinikum Bonn die Arbeitsgruppe Kognitive und Klinische Neurophysiologie.

Die Messungen wurden an der Klinik für Epileptologie in Bonn durchgeführt. Eine Thera­pieoption für das Krampfleiden ist, defektes Nervengewebe operativ zu entfernen, das die Krampfanfälle auslöst. Um den Krampfherd zu lokalisieren, werden dazu in manchen Fällen zunächst Elektroden ins Gehirn der Kranken implantiert.

Über diese lässt sich die Aktivität der Nervenzellen aufzeichnen. So auch in der aktuellen Studie: Die 16 Teilnehmer waren allesamt Epilepsiepatienten, denen im Rahmen ihrer Be­handlung haarfeine Spezialelektroden in den Schläfenlappen eingesetzt worden waren. Die Wissenschaftler nutzten dies für ihre Testreihen.

Dabei zeigten sie den Probanden in acht Versuchsdurchgängen jeweils zehn Landschafts­bilder. Zusätzlich war in jeder Aufnahme ein Detailfoto mit einem von zwei Objekten ein­gefügt, etwa einer Himbeere oder einem Skorpion. Die Probanden durften sich jedes der zusammengesetzten Fotos drei Sekunden ansehen.

Nach einer kurzen Pause bekamen sie in einem zweiten Durchgang nur die Landschaften zu sehen. Sie sollten dann angeben, ob dort ursprünglich zusätzlich die Himbeere oder der Skorpion aufgetaucht war. „Gleichzeitig haben wir uns die Hirnaktivität der Teil­neh­mer angeschaut“, erläuterte Mormann. Dabei konzentrierten sie sich auf den Hippo­cam­pus und den entorhinalen Cortex, ein Gebiet der Hirnrinde.

Im ersten Versuchsdurchgang – der Erinnerungsphase – feuerten zunächst die Nerven­zellen im Hippocampus. Das war auch bei einer Kontrollaufgabe der Fall, bei der die Teilnehmer sich nur einfache Landschaftsaufnahmen hatten einprägen müssen.

Bei der Aufgabe, in der die Bilder eine zusätzliche Information enthalten hatten – also etwa das Foto eines Skorpions – dauerte die Hippocampusaktivität deutlich länger an. Während dieser Verlängerung begannen zusätzlich Zellen im entorhinalen Cortex zu feuern.

Die Aktivitäts­muster im Cortex waren sehr spezifisch: Eine Analysesoftware konnte wäh­rend der Erinnerungsphase aus der Aktivität des entorhinalen Cortex ablesen, ob sich der jeweilige Teilnehmer gerade an einen Skorpion oder eine Himbeere erinnerte.

„Die Erinnerung versetzt die Nervenzellen in einen ähnlichen Zustand, wie sie ihn beim Ansehen des Fotos hatten. Wir sprechen auch von einer Re-Instanziierung“, erläuterte Bernhard Staresina von der Universität Birmingham.

Die Wissenschaftler vermuten, dass der Hippocampus für diese Re-Instanziierung verant­wortlich ist. Die Nervenzellen dort könnten dem Gedächtnis möglicherweise vermitteln, wo genau der fehlende Teil einer Erinnerung abgelegt ist, in diesem Beispiel das Bild der Himbeere oder des Skorpions. © hil/aerzteblatt.de

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