Wissenschaftler haben herausgefunden, wie das Gehirn zwischen "neuem" und "altem" Gedächtnis umschaltet

In einem Experiment mit Mäusen, die mit winzigen Augenkameras und Elektroden im Gehirn ausgestattet waren, fanden Forscher heraus, dass während kurzer "Unterphasen" des Schlafs ohne schnelle Augenbewegungen (Non-REM-Schlaf) kürzlich erworbene Informationen wiedergegeben werden.

Quelle: 'Schlaf-Mikrostruktur organisiert Gedächtniswiedergabe', Nature (2024). DOI: 10.1038/s41586-024-08340-w

Das wichtigste Anzeichen ist eine Veränderung des Pupillendurchmessers. Wenn sich die Pupille verengt, werden frische Erinnerungen aktiviert, die das Gehirn "wiedergibt" und konsolidiert. Und wenn sich die Pupille wieder weitet, werden ältere Erinnerungen aktualisiert. Dieser abwechselnde Mechanismus verhindert, dass wir "alles vergessen", wenn wir etwas Neues lernen: Andernfalls könnte jede neue Information das vorhandene Wissen überschatten.

Die Forscher trainierten eine Gruppe von Mäusen darauf, eine Reihe von Aufgaben auszuführen, wie z.B. die Suche nach Wasser oder kleinen Leckereien in einem Labyrinth. Anschließend wurden den Nagetieren winzige "Spionage"-Kameras vor die Augen gehalten und mit Elektroden versehen, um die Gehirnaktivität aufzuzeichnen. Als die Mäuse nach dem Erlernen einer neuen Fähigkeit einschliefen, beobachteten die Wissenschaftler, wie sich ihre Pupillen veränderten und zeichneten die neuronalen Signale während des Schlafs auf.

Es stellte sich heraus, dass Erinnerungsblitze nur den Bruchteil einer Sekunde dauern - etwa 100 Millisekunden. In solchen Momenten verarbeitet das Gehirn die während des Tages erhaltenen Informationen und kombiniert sie mit den bereits gesammelten Erfahrungen. Gleichzeitig werden Neues und frühere Erfahrungen in verschiedenen Zeitfenstern "aussortiert": Wenn sich die Pupille verengt, wird mit neuen Daten gearbeitet, und wenn sie sich erweitert, werden alte Erinnerungen einbezogen.

Diese Entdeckung zeigt, dass der Schlaf komplexer ist als bisher angenommen. Mäuse erleben wie Menschen mehr gebrochene Phasen des Nicht-REM-Schlafs, während derer das Gehirn abwechselnd neues und altes Wissen verarbeitet. Wenn dieser kurze, aber wichtige Zeitraum für die Konsolidierung gestört wird, können sich Erinnerungen (ob neue Fähigkeiten oder alte Informationen) schlechter konsolidieren.

Die Erkenntnisse werden nicht nur bei der Entwicklung von Methoden zur Verbesserung des Gedächtnisses beim Menschen helfen, sondern auch bei der Entwicklung effektiverer Lernalgorithmen für künstliche neuronale Netzwerke. Denn das Prinzip "neu-alt-neu-alt" ermöglicht es, den Prozess zu optimieren und die angesammelten Informationen nicht zu verlieren, während man weiterhin neue Dinge lernt.