Wissenschaftler enthüllen, wie das Gehirn entscheidet, welche Erinnerungen es beibehält
Wissenschaftler der Rockefeller University haben gezeigt, dass das Langzeitgedächtnis nicht durch einen einzigen "Schalter", sondern durch eine ganze Kaskade von molekularen "Zeitschaltern" gebildet wird, die stufenweise in verschiedenen Hirnbereichen arbeiten.
Die Arbeit ist in der Zeitschrift Nature veröffentlicht.
Das klassische Modell des Gedächtnisses wurde lange Zeit auf ein Duo reduziert:
- hippocampus - Kurzzeitgedächtnis,
- der Kortex für das Langzeitgedächtnis.
Man ging davon aus, dass es einige "Schaltermoleküle" gibt: Wenn eine Gedächtnisspur für die Langzeitspeicherung "eingeschaltet" ist, bleibt sie es für eine lange Zeit. Aber dieses Schema erklärte nicht, warum manche Erinnerungen wochenlang und andere ein Leben lang erhalten bleiben.
Die neue Arbeit zeigt, dass die Gedächtnisspeicherung durch sequentielle genetische Programme reguliert wird, die zu bestimmten Zeiten und in verschiedenen Teilen des Gehirns ein- und ausgeschaltet werden - wie eine Reihe von Zeitschaltuhren mit unterschiedlichen Laufzeiten.
Um das 'Leben' einer Erinnerung zu verfolgen, hat das Team ein Verhaltensmodell mit Mäusen in der virtuellen Realität geschaffen:
- mäuse wurden in eine VR-Umgebung mit verschiedenen Kontexten (Umgebungen) gesetzt,
- einige Episoden wurden viele Male wiederholt, andere weniger oft,
- so dass sich Erinnerungen von unterschiedlicher "Bedeutung" und Persistenz bildeten.
Die Forscher haben dann
- die Aktivität verschiedener Gehirnareale überwacht,
- schalteten mit Hilfe des CRISPR-Screenings Gene im Thalamus und im anterioren cingulären Kortex aus und untersuchten, wie sich dies auf die Gedächtnisdauer auswirkte.
Die wichtigste Erkenntnis: Einige Moleküle sind für die Gedächtnisbildung nicht notwendig, aber für die Gedächtnisleistung entscheidend.
Die Wissenschaftler identifizierten drei wichtige Regulatoren:
- Camta1 und Tcf4 - im Thalamus;
- Ash1l im anterioren cingulären Kortex.
Das Modell besagt:
- Eine Gedächtnisspur wird zunächst im Hippocampus gebildet.
- Camta1 trägt dazu bei, dass diese Spur in den ersten Phasen "festgehalten" wird.
- Später wird Tcf4 aktiviert, das die strukturellen Verbindungen aufrechterhält und die Gedächtnisspur stabilisiert.
- Ash1l löst dann Programme zur Neuordnung des Chromatins aus - und das Gedächtnis wird stabiler und langfristiger.
Wenn ein Gedächtnis in dieser Kette von Zeitgebern nicht weiter "vorankommt", wird es wahrscheinlich schnell gelöscht.
Die Unterbrechung von Camta1 und Tcf4 störte die Verbindungen zwischen Thalamus und Kortex und führte zum Verlust einer bereits gebildeten Erinnerung.
Interessanterweise ist Ash1l mit einer Familie von Histon-Methyltransferasen verwandt, die am "zellulären Gedächtnis" und anderen Systemen beteiligt sind:
- in der Immunität - um sich an Infektionen zu erinnern,
- in der Entwicklung, so dass sich die Zelle daran erinnert, dass sie eine Neurone oder eine Muskelzelle ist, zum Beispiel.
Das Gehirn nutzt in der Tat die universellen Mechanismen des "zellulären Gedächtnisses", um das kognitive Gedächtnis zu unterstützen.
Das neue Modell des Gedächtnisses beinhaltet:
- die Entscheidung, was und wie lange gespeichert werden soll, ist ein dynamischer Prozess und keine einmalige Entscheidung;
- der Thalamus spielt die Rolle eines Entscheidungszentrums, das entscheidet, welche Erinnerungen zur Konsolidierung weiter in den Kortex "geschoben" werden sollen;
- die Persistenz des Gedächtnisses ist das Ergebnis mehrerer molekularer Programme, die im Laufe der Zeit eingesetzt werden.
Die Autoren schlagen vor, dass das Verständnis dieser Pfade nützlich sein könnte für:
- krankheiten wie der Alzheimer-Krankheit,
- anderen Gedächtnisstörungen und kognitivem Verfall.
Wenn man weiß, welche "zweiten und dritten" Knotenpunkte an der Gedächtniskonsolidierung beteiligt sind, könnte es in Zukunft möglich sein, geschädigte Regionen zu umgehen und alternative Pfade zur Speicherung von Erinnerungen zu aktivieren.