Wien. Lernprozesse führen zu Veränderungen in der Verschaltung von Nervenzellen im Gehirn. Das zeigen Beobachtungen mit speziellen Mikroskopieverfahren, die Neurobiologen des Wiener Forschungsinstituts für Molekulare Pathologie (IMP) an Mäusen gemacht haben.

"Das Gehirn ist durch eine enorme Plastizität charakterisiert. Es bildet ständig neue Verbindungen zwischen Nervenzellen, genannt Synapsen, und baut diese wieder ab", sagte Simon Rumpel, der mit Kaja Moczulska am IMP solche Prozesse erforscht und darüber in den "Proceedings" der US-Akademie der Wissenschaftsmagazin (PNAS) berichtet.

Bekannt ist, dass lang anhaltende Lernprozesse sowohl zu Änderungen in der Genexpression auf molekularer Ebene führen als auch zu direkten Veränderungen des Aussehens der beteiligten Neuronen im Gehirn. Mit der Zwei-Photonen-Mikroskopie lassen sich diese strukturellen Änderungen an Neuronen direkt beobachten. Fluoreszierend werden jene "Dornen" auf den neuronalen Fortsätzen dargestellt, die den Verbindungsstellen zwischen Nervenzellen entsprechen. Diese Strukturen sind nur tausendstel Millimeter groß. Die Methode eröffnete Rumpel und seinen Kollegen buchstäblich einen Blick in die Gehirne von Mäusen. Durch Wiederholung der Beobachtungen lassen sich diese Abläufe über längere Zeiträume verfolgen.

Die Forscher riefen bei einem Teil der Mäuse einen konditionierten Reflex als Langzeit-Gedächtnisinhalt hervor. Die Tiere vernahmen zunächst einen Ton, dann folgte ein leichter Schock an einem Bein. Rumpel erklärt: "Schon nach fünf Mal regelmäßiger Abfolge waren die Tiere konditioniert. Das Gehirn lernt sehr schnell." Ähnlich wie bei den Versuchen von Iwan Petrowitsch Pawlow ("Pawlowscher Hund"; Pawlow starb 1936) verbinden die Tiere den Ton und den zu erwartenden Schock. "Setzt man die Mäuse in eine andere Umgebung als jene, in der die Lernerfahrung erfolgte, reagieren sie auf den Ton genauso wie in der ersten Box. In einer klassischen Angstreaktion ,frieren sie ein‘", so Rumpel. Erfolgen Ton und Reiz aber in zu großen Zeitabständen, wird die Verbindung über den Pawlow-Reflex nicht hergestellt.

Die Wiener Forscher beobachteten nun die sichtbaren Strukturveränderungen an den Neuronen in der Hörrinde des Gehirns der Versuchstiere. Bei jenen Tieren, bei denen der Pawlowsche Reflex auftrat, zeigte sich eine vermehrte Ausbildung von Dornenfortsätzen als mögliches Zeichen des Langzeitgedächtnisses. In einem zweiten Schritt untersuchten sie die Vorgänge bei der Erinnerung an gemachte Erfahrungen.

Frühere Arbeiten hatten gezeigt, dass beim Abrufen der Erinnerung ähnliche molekulare Prozesse ablaufen wie bei der Gedächtnisbildung selbst. Diese wurden als Hinweis interpretiert, dass jede Erinnerung zu einer Veränderung der Gedächtnisspur führt. Tatsächlich beobachteten nun auch die Wiener Forscher eine Aktivierung von "frühen Genen" nach der Erinnerung, ähnlich wie nach der ursprünglichen Gedächtnisbildung.

"Blick ins Gehirn"

Doch zwischen Gedächtnisbildung und Erinnerung gibt es offenbar gravierende Unterschiede, wie Rumpel erklärt: "Es zeigte sich, dass einige molekulare Prozesse beim Erinnern jenen bei der Bildung des Gedächtnisses ähnlich waren, die sichtbare Struktur der synaptischen Verbindungen jedoch unverändert blieb." Der "Blick ins Gehirn" machte deutlich, dass sich bei den Dornenfortsätzen der Neuronen in der Hörrinde der Versuchstiere keine Neubildungen ergaben. Nun wollen die IMP-Neurobiologen analysieren, wie Synapsen durch zwei aufeinanderfolgende Lernerfahrungen beeinflusst werden, um zu verstehen, warum eine zweite Lernerfahrung nicht die Erinnerung an die erste löscht.