Bestimmte Zellen sind nötig, um Erinnerungen wieder abrufen zu können.
Wien/Massachusetts. Verloren gegangene Erinnerungen können mittels Licht wieder abgerufen werden. Möglich macht dies das noch relativ junge Fachgebiet der Optogenetik. Dabei werden genetisch modifizierte Zellen mittels Licht kontrolliert.
Im konkreten Fall nahmen Forscher Gehirnzellen ins Visier, die als Folge von Traumata, Stress oder Erkrankungen wie Alzheimer ihre Fähigkeiten in Bezug auf das Erinnerungsvermögen verloren haben. Die Wissenschafter um den Biologen Susumu Tonegawa vom Massachusetts Institute of Technology betreten damit ein mit vielen offenen Fragen bestücktes Areal der Neurowissenschaften. Seit Jahren wird darüber debattiert, ob fortschreitende Amnesie durch einen Schaden spezifischer Gehirnzellen entsteht, wodurch Erinnerungen nicht gespeichert werden können, oder ob der Zugang zum Gedächtnis blockiert ist und dadurch das Abrufen nicht möglich wird. "Die Mehrheit der Forscher hat die erste Theorie favorisiert, aber die Arbeit zeigt, dass diese Theorie vermutlich falsch ist", betont Tonegawa im Fachblatt "Science". "Amnesie ist ein Problem der Abfragebeeinträchtigung", stellt der Wissenschafter klar.
Wie sich das Gedächtnis bildet
Schon früher hatten Gedächtnisforscher darüber spekuliert, dass sich irgendwo im neuronalen Netzwerk Nervenzellen befinden, die während des Prozesses, in dem der Mensch Erinnerungen erwirbt, aktiv sind und in Folge nachhaltige physische oder chemische Veränderungen auslösen.
Werden diese Neuronen durch ein bestimmtes Signal oder etwa einen Geruch reaktiviert, kann das gesamte Gedächtnis wieder abgerufen werden.
Schon im Jahr 2012 hat das Team um Tonegawa nachgewiesen, dass eine solche Population von Neuronen in der für das Gedächtnis zuständigen Gehirnregion, dem Hippocampus, existiert. Doch bis jetzt konnte niemand nachweisen, welche chemischen Prozesse innerhalb dieser Zellgruppe ablaufen. Die Forschungen geben auch Einblick in die Gedächtniskonsolidierung, jenen Prozess, bei dem neue Erinnerungen in das Langzeitgedächtnis übertreten und somit Gedächtnisinhalte gefestigt werden.
Durch den Vorgang der Konsolidierung werden sogenannte Engramme auf molekularer Ebene in Form von Proteinen festgelegt, die in ihrer Gesamtheit das Gedächtnis bilden. Dieser Prozess läuft vermutlich nicht nur beim allerersten Einprägen der Erinnerungen ab, sondern findet immer dann erneut statt, wenn die Erinnerungen wieder abgerufen werden. Durch das mehrmalige Abrufen wird der Gedächtnisinhalt immer mehr gefestigt.
Auf Alzheimer übertragbar
Für ihre Studien untersuchten die Wissenschafter die Gehirnzellen des Hippocampus von gesunden Mäusen währen sie einer Angst produzierenden Situation ausgesetzt waren. Sie beobachteten, dass die Engramm-Zellen stärkere Synapsen und dichtere Dornenfortsätze zur besseren Signalübertragung als Nicht-Engramm-Zellen haben.
Sie bestückten die Engramm-Zellen mit einem lichtsensiblen Protein und injizierten einigen Mäusen etwas später den Proteinsyntheseblocker Anisomycin (ANI). Dieser verhindert die Erhöhung der synaptischen Stärke und die Verdichtung der Dornenfortsätze in den Nagetier-Engramm-Zellen. Die mit ANI versetzten Mäuse vergaßen daraufhin die tags zuvor gemachten schlechten Erfahrungen. Doch mittels Lichteinfluss auf die manipulierten Zellen konnten die Forscher die künstlich herbeigeführte Amnesie aufheben und die Mäuse konnten sich an die Angst einflößende Situation wieder erinnern.
Dies zeigt, dass der Körper Engramm-Zellen benötigt, um Erinnerungen aufleben zu lassen. Dieser optogenetische Ansatz zur Untersuchung der Gedächtniskonsolidierung könnte auch auf die Alzheimer-Krankheit übertragbar sein, betonen die Wissenschafter im Fachjournal. Weitere experimentelle und klinische Forschungen dazu sind nötig.