Wie man verlorene Erinnerungen zurückgewinnt

07.06.2015

Wenn sie über Amnesie sprechen, meinen sie meistens ihre anterograde oder retrograde Variante. Sie sind leicht zu unterscheiden: anterograde Amnesie - eine Verletzung des Gedächtnisses darüber, was nach dem Ausbruch der Krankheit passiert ist; retrograd - beeinträchtigte Erinnerung an das, was vor dem Ausbruch der Krankheit passiert ist. Beides kann einer Person aufgrund einer Hirnverletzung oder aufgrund von starkem Stress oder aufgrund einer schweren neurologischen Erkrankung (z. B. Alzheimer-Syndrom) passieren. Offensichtlich ist die spezifische Ursache für Amnesie, dass einige Neuronen, die mit der Aufzeichnung und Speicherung von Informationen zu tun haben, aus irgendeinem Grund nicht mehr so ​​funktionieren, wie sie sollten. Aber was ist der Kern dieser Probleme? Einige (und die meisten) vertreten die Hypothese, dass Informationen von neuronalen Schaltkreisen einfach verloren gehen, sodass sie nicht wiederhergestellt werden können. Andere glauben, dass wir es hier mit einem Zugriffsproblem zu tun haben, dass sich die Informationen noch im Gehirnspeicher befinden, aber blockiert wurden und wir nicht darauf zugreifen können.

Anscheinend ist die Hypothese des blockierten Zugangs immer noch zutreffend - die Ergebnisse der Experimente von Susumu Tonegawa und Mitarbeitern seines Labors am Massachusetts Institute of Technology sprechen dafür. Tonegawa selbst erhielt 1987 den Nobelpreis für die Entdeckung des genetischen Prinzips der Bildung von Antikörpervielfalt, wechselte dann aber zu zellulären Gedächtnismechanismen. Und hier erzielten er und seine Kollegen herausragende Erfolge. So veröffentlichten sie zum Beispiel erst letztes Jahr mehrere Arbeiten, in denen sie beschrieben, wie sich das Gehirn an die Abfolge von Ereignissen erinnert und wie das Arbeitsgedächtnis korrigiert wird, wenn wir plötzlich feststellen, dass wir etwas falsch gemacht haben. Schließlich sprachen sie letztes Jahr in ihrer Arbeit in Nature über die Umprogrammierung des emotionalen Gedächtnisses: Durch die Beeinflussung von Hippocampus-Neuronen konnten die Forscher schlechte Erinnerungen buchstäblich in gute verwandeln.

2012 konnte die Gruppe um Tonegawa die Existenz von Engrammzellen im Hippocampus (einem der wichtigsten Gedächtniszentren) bestätigen. Ein Engramm wird als eine Spur verstanden, die von einem Stimulus hinterlassen wird; Wenn wir über Neuronen sprechen, dann sollte ein wiederholtes Signal – ein Geräusch, ein Geruch, eine bestimmte Umgebung usw. – einige physikalische und biochemische Veränderungen in ihnen hervorrufen. Wenn der Reiz dann wiederholt wird, dann wird die "Spur" aktiviert, und die Zellen, in denen sie vorhanden ist, werden die gesamte Erinnerung aus dem Gedächtnis abrufen. Mit anderen Worten, unsere Engramm- („Schlüssel“)-Neuronen sind für den Zugriff auf die aufgezeichneten Informationen verantwortlich, und damit sie selbst arbeiten können, müssen sie von einem Schlüsselsignal beeinflusst werden. Aber zusätzlich müssen solche Zellen in der Lage sein, Reizspuren irgendwie zu bewahren. In der Praxis bedeutet dies, dass interzelluläre Synapsen zwischen Engrammzellen gestärkt werden sollten: Je stärker sie sind, desto zuverlässiger wird das Signal zwischen ihnen übertragen, desto stärker werden sich die Neuronen an einen bestimmten Reiz erinnern. Bis vor kurzem gab es hier jedoch keine experimentellen Bestätigungen – niemand wusste, ob in solchen Neuronen tatsächlich spezifische biochemische Veränderungen auftreten, die mit dem Erinnern eines Reizes verbunden sind.

Die Forscher verwendeten die gleichen Methoden der Optogenetik, mit denen sie vor einigen Jahren die Existenz von „Schlüssel“-Zellen bestätigen konnten. Erinnern Sie sich daran, dass die Essenz der Optogenetik darin besteht, dass ein Neuron ein lichtempfindliches Protein einführt, das einen Ionenkanal in der Zellmembran bildet: Ein Lichtsignal öffnet den Kanal, Ionen werden auf beiden Seiten der Membran neu verteilt und das Neuron "schaltet" sich ein oder "schläft ein", je nachdem, was in einer bestimmten Erfahrung benötigt wird. Zuerst fanden sie Zellen im Hippocampus von Mäusen, die Erinnerungen aktivierten, wenn sie selbst durch Licht aktiviert wurden. Diese Zellen, wie die Autoren der Arbeit in ihrem Artikel in Science schreiben, verstärkten die interzellulären Verbindungen wirklich – mit anderen Worten, sie bildeten zusammen einen neuronalen Schalter, der auf ein Signal hin den Zugang zu einem bestimmten Informationsblock öffnete. Erhöhter interzellulärer Kontakt bedeutet, dass die Zelle mehr Proteine ​​benötigt, die der Synapse dienen, dh alles beruht auf dem Prozess der Proteinbiosynthese. Die Synthese in Neuronen wurde mit einem Antibiotikum abgeschaltet, und dies geschah sofort, nachdem sich die Maus etwas eingeprägt hatte. Die Synapsen blieben in diesem Fall zerbrechlich, und vor allem konnte sich die Maus am nächsten Tag an nichts erinnern, als sie demselben Reiz ausgesetzt war, der während des Trainings aktiv war. Es stellte sich eine echte retrograde Amnesie heraus - die Erinnerung an das, was passiert war, bevor die Antibiotikabehandlung verschwand, und es war unmöglich, sie mit Hilfe gewöhnlicher Reize wiederherzustellen.

Aber die gleichen Engrammzellen, die auf einen Schlüsselreiz reagieren sollten und die aufgrund geschwächter Synapsen stumm waren, trugen optogenetische Modifikationen. Und jetzt, wenn sie mit Hilfe eines Lichtimpulses aktiviert wurden, kehrte die Erinnerung an die Tiere zurück. Wenn wir die Details über spezielle Schaltzellen, Synapsen und Proteinsynthese verwerfen, stellt sich heraus, dass Neurowissenschaftler das Gedächtnis mit Hilfe eines Lichtblitzes im Gehirn wiederhergestellt haben.

Aber die Betonung sollte immer noch auf Engramm-Neuronen liegen, egal wie seltsam ihr Name für ungewöhnliches Hören erscheinen mag. Zuvor konnte das Labor von Tonegawa zeigen, dass nicht nur eine Zelle für das Einschalten des Gedächtnisses verantwortlich ist, sondern ein neuronaler Schaltkreis aus mehreren solcher Neuronen. Basierend auf den neuen Daten schlagen die Forscher das folgende Diagramm vor, das zeigt, wie das Gedächtnis im Gehirn von Säugetieren organisiert ist (und vielleicht im Allgemeinen in den meisten Tieren mit einem zentralen Nervensystem). Sein Hauptpunkt ist, dass verschiedene Strukturen für das Speichern und Aktivieren des Gedächtnisses verantwortlich sind – Gruppen von Engrammzellen kümmern sich um andere neuronale Schaltkreise, die Informationsblöcke speichern, und Aktivierungsneuronen können in gewissem Sinne mit Bibliothekaren verglichen werden, die Bücher auf Anfrage ausleihen. Darüber hinaus kann die Beziehung zwischen Aktivierungsneuronen und Speicherneuronen unterschiedlich sein, zum Beispiel kann ein aktivierendes Netzwerk auf mehrere Gedächtniseinheiten gleichzeitig wirken, und spezifische Beziehungen zwischen diesen und anderen müssen noch genau untersucht werden.

Das bedeutet natürlich nicht, dass die Verschlechterung oder der Gedächtnisverlust nur auf Fehlfunktionen in Engrammzellen zurückzuführen ist, Probleme können auch im „Hauptspeicher“ beginnen. Aus praktischer Sicht ist es jedoch immer noch nützlich zu wissen, auf welche Nervenzellen eingewirkt werden muss, um längst vergessene Erinnerungen wiederherzustellen, denn es kann sein, dass die Erinnerungen selbst nicht verschwunden sind, Sie müssen nur „ aufwachen“ die Zellen, die dafür verantwortlich sind.

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