Was passiert in unserem Gehirn, wenn wir uns an eine Erinnerung erinnern?

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Das Gedächtnis ist eine wesentliche Fähigkeit, die es uns ermöglicht, die Informationen, auf die wir stoßen, zu integrieren, zu behalten und wiederherzustellen. Diese Funktion wird nicht durch eine genaue Struktur des Gehirns bereitgestellt, sondern durch eine Reihe von Neuronen, die in einem Netzwerk verbunden und in verschiedenen Regionen verteilt sind. Das Gedächtnis bildet die Grundlage unserer Intelligenz und unserer Identität und vereint Know-how und Erinnerungen.

Der Gedächtnisprozess beginnt mit der Kodierung, bei der die von den Sinnesorganen aufgenommenen Informationen in Gedächtnisspuren, sogenannte Engramme, umgewandelt werden. Diese Engramme bezeichnen eine bestimmte Gruppe von Neuronen, die als Reaktion auf Informationen aktiviert werden, beispielsweise auf einen Text, den Sie gerade gelesen haben.

Bei der Konsolidierung werden diese Informationen dann für die langfristige Speicherung gestärkt. Schließlich ermöglicht der Rückruf, jederzeit Informationen anzufordern und so das Verhalten auf der Grundlage vergangener Erfahrungen anzupassen. Vergessen liegt vor, wenn kein Zugriff auf diese Informationen besteht. Obwohl das Gedächtnis unterschiedliche Formen annehmen kann, wird es oft durch ein Engramm unterstützt, das in verschiedenen Gehirnregionen vorhanden ist. In diesem Artikel werden wir auf diese verschiedenen Phasen im Leben einer Erinnerung im Gehirn zurückkommen.

Das Engramm, ein altes Konzept, das neu untersucht wurde

Die Anfänge, das Gedächtnis als dauerhafte Veränderung des Gehirns zu verstehen, gehen auf Aristoteles und Platon um 350 v. Chr. zurück. Das wissenschaftliche Konzept dieser Veränderungen wurde vor mehr als hundert Jahren vom deutschen Biologen Richard Semon initiiert. Er ist es, der das Engramm als neuronale Grundlage für die Speicherung und den Abruf von Erinnerungen benennt und definiert.

Die Grundlagen der modernen Forschung zu diesem Thema gehen auf die einflussreichen Ideen von Ramón y Cajal zurück, einem spanischen Neurobiologen, der 1906 den Nobelpreis für Physiologie erhielt und argumentierte, dass Erfahrung neuronale Verbindungen verändert. Seit der Mitte des 20. Jahrhunderts wissen wir, dass die gleichzeitige Aktivierung miteinander verbundener Zellen deren Verbindungen stärkt. Die jüngste Wiederbelebung von Studien zu Engrammen ist die Folge technischer Fortschritte, die es nun ermöglichen, Neuronen präzise anzusprechen und so deren Verständnis zu erleichtern.

Ein verstärkendes neuronales Netzwerk

Angesichts dieser Erkenntnisse konnten wir nun unser Verständnis davon, was ein Engramm ist, verfeinern. Im Wesentlichen resultiert die Entstehung eines Engramms aus der Stärkung der Verbindungen zwischen Gruppen von Neuronen, die während des Lernens gleichzeitig aktiv sind. Verbindungen zwischen Neuronen finden an einer Synapse statt, die durch die Verbindung zweier neuronaler Enden entsteht. Diese synaptischen Verbindungen führen zur Bildung von Gruppen zusammenarbeitender Neuronen: Dies ist das Engramm selbst.

Wenn also Informationen im Gehirn gespeichert werden, werden sie durch ein Netzwerk miteinander verbundener Neuronen dargestellt, die sich jedoch nicht unbedingt im selben Bereich befinden. Diese Neuronen sind nicht spezifisch für das Gedächtnis und neben der Integration des Engramms interagieren sie weiterhin innerhalb verschiedener Netzwerke, um andere Funktionen zu erfüllen.

Das Speichern einer Erinnerung über einen längeren Zeitraum führt zu Veränderungen, die sich auf mehreren Ebenen manifestieren. Diese Anpassungen sind durch eine Zunahme der Anzahl neuronaler Erweiterungen gekennzeichnet, wodurch die Anzahl der Synapsen und damit die Verbindung zwischen Neuronen erhöht wird. Diese Stärkung der synaptischen Verbindungen erhöht dann die Wahrscheinlichkeit, dass ein Muster neuronaler Aktivität, das während des Lernens aufgetreten ist, später beim Abrufen reproduziert wird, wodurch das Abrufen der Erinnerung erleichtert wird.

Um dieses Konzept konkret zu veranschaulichen, stellen Sie sich vor, Sie hätten einige Zeit in einem Lavendelfeld verbracht. Der Anblick der Farbe Violett oder der Duft von Lavendel löst die Aktivierung des neuronalen Netzwerks aus, das während Ihres Spaziergangs in diesem Feld aktiv war, und belebt so Ihr Gedächtnis.

Dieses Engramm kann verschiedene Zustände annehmen, entweder aktiv, wenn Sie sich an Informationen erinnern, oder ruhend, bis die Erinnerung wieder auftaucht. Es kann auch nicht verfügbar sein, das heißt, es existiert, kann aber nicht mehr durch einen externen Reiz aktiviert werden.

Die dynamischen Zustände des Engramms, vom Lernen bis zum Vergessen. | Vom Autor bereitgestelltes Dokument

Kodierung, Konsolidierung und Erinnerung, die Schlüsselphasen des Gedächtnisses

Beim Lernen ist es wahrscheinlicher, dass Informationen im Gedächtnis bleiben, die wiederholt werden oder eine starke emotionale Ladung haben. Während ihrer Integration in das Gehirn kommt es in verschiedenen Gehirnregionen zu einem Wettbewerb zwischen Neuronen um die Rekrutierung für die Bildung eines Engramms. Die aktivsten Neuronen, die mit den sensorischen Informationen des Gedächtnisses verbunden sind, gewinnen und werden zu Engrammzellen. Diese Koordination zwischen aktiven Neuronen stärkt die synaptischen Verbindungen zwischen diesen Neuronen und leitet so die Bildung des Netzwerks ein, aus dem das Engramm besteht.

Während der Konsolidierung durchläuft das Engramm eine Transformation von seinem anfänglichen instabilen und sensiblen Zustand in einen dauerhafteren und widerstandsfähigeren Zustand. Dieser Übergang wird durch bestimmte Proteine ​​ermöglicht, die für die Aktivität von Neuronen und deren Verbindungen unerlässlich sind. Dieser Prozess findet im Schlaf statt, wobei wir eine Reaktivierung der beteiligten Neuronen beobachten.

Wenn in unserer Umgebung Elemente vorhanden sind, die denen der Erinnerung ähneln, kann diese wieder auftauchen: Das ist der Rückruf. Dieser Prozess beinhaltet die Reaktivierung des Engramms. Beim Abruf werden Neuronen reaktiviert, die während des Lernens aktiv waren. Doch beim Abrufen kann die Erinnerung vorübergehend instabil werden und das Engramm, das sie unterstützt, destabilisieren. Es können neue Verbindungen entstehen, während andere verloren gehen können.

Wenn Sie beispielsweise eine Erinnerung mit einer anderen Person teilen, beschreiben Sie diese mit Ihrer Subjektivität, was dazu führen kann, dass sich das Ereignis von der Art und Weise unterscheidet, wie es tatsächlich stattgefunden hat. Diese Veränderungen können als Teil des Gedächtnisses selbst integriert werden, indem sie nacherzählt oder abgerufen werden.

Warum verändern sich Erinnerungen?

Das Engramm ist daher nicht unveränderlich. Eine Erinnerung verändert sich auch im Laufe der Zeit, abhängig vom Grad der damit verbundenen Emotionen. Wir können dann die Details verlieren und nur ein positives oder negatives Gefühl behalten, je nachdem, welche Bedeutung diese Erinnerung für uns hat. Denken Sie an eine alte Erinnerung an einen Strandurlaub, bei dem Sie sich nur an das angenehme Gefühl der Wärme erinnern, ohne sich an bestimmte Details wie Datum oder Uhrzeit zu erinnern. Auf Gehirnebene führt dies zu einer Veränderung der Anzahl der Neuronen und Verbindungen, die mit diesem Gedächtnis verbunden sind.

Beim Vergessen handelt es sich um ein Phänomen, das im Allgemeinen als das Fehlen einer Verhaltensmanifestation einer Erinnerung definiert wird, selbst wenn diese zuvor erfolgreich hätte abgerufen werden können. Dieses Versehen kann beispielsweise auftreten, wenn Sie nach dem Todesdatum von Vercingetorix gefragt werden: Sie haben in der Schule erfahren, dass es 46 v. Chr. war. AD, aber Sie haben es später vergessen, weil es in Ihrem Leben vielleicht keinen Nutzen mehr hatte.

Eine der Hypothesen für Erkrankungen, die das Gedächtnis beeinträchtigen, ist, dass Erinnerungen eher stumm als streng genommen verloren gehen.

Vergessen kann auch pathologisch sein und mit bestimmten Krankheiten wie der Alzheimer-Krankheit einhergehen. Selbst wenn die Informationen von wirklicher emotionaler Bedeutung sind, wie zum Beispiel der Vorname Ihrer Eltern, kann es sein, dass Sie aufgrund einer Erkrankung nicht darauf zugreifen können. Nach dieser Perspektive kann das Vergessen dann entweder aus einer völligen Verschlechterung des Engramms resultieren, die zur Nichtverfügbarkeit des Gedächtnisses führt, oder aus einem Erinnerungsproblem. Da das Gehirn ein sehr plastisches Organ ist, kann es vorkommen, dass es auf der Ebene eines Engramms zu synaptischen Veränderungen kommt, die es destabilisieren und dann die Wahrscheinlichkeit des Vergessens erhöhen.

Eine Hoffnung, verlorene Erinnerungen wiederzufinden

Diese Umformung führt jedoch nicht unbedingt zu einer vollständigen Löschung der Erinnerung, sondern vielmehr zu einer Stilllegung des Engramms. „Stille“ Engramme wurden beispielsweise bei amnesischen Mäusen beobachtet, und die künstliche Reaktivierung dieser Engramme ermöglicht die Wiederherstellung des Gedächtnisses, während natürliche Hinweise in der Umgebung dies nicht können.

Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass das Vergessen häufig darauf zurückzuführen ist, dass die Erinnerung nicht abgerufen werden kann, und nicht auf deren vollständige Löschung. Eine der Hypothesen für Erkrankungen, die das Gedächtnis beeinträchtigen, ist, dass Erinnerungen eher stumm als streng genommen verloren gehen.

Unsere Studie, die derzeit veröffentlicht wird, verwendet Werkzeuge an Mäusen, um die direkte Aktivität der Neuronen aufzuzeichnen, die das Engramm in verschiedenen Stadien seiner Bildung bilden. Dank der Aktivität dieser Neuronen und der in Zusammenarbeit mit Mathematikern entwickelten Werkzeuge rekonstruieren wir die funktionalen Konnektivitätskarten, die das Engramm definieren. Diese Konnektivität entspricht der Tatsache, dass wir die Aktivität der aufgezeichneten Neuronen mit den von der Maus während dieser Aufzeichnung ausgeführten Aktionen in Verbindung bringen können.

So können wir das Engramm während der Lern-, Festigungs-, Erinnerungs- und Vergessensprozesse verfolgen und seine Dynamik studieren. Langfristig besteht das Ziel darin, diese Ergebnisse zu nutzen, um die Erfassung, Speicherung und Nutzung von Informationen beim Menschen besser zu verstehen und so möglicherweise die Behandlung von Gedächtnis- und kognitiven Störungen zu erleichtern.

Maxime Villet ist Doktorand in Verhaltensneurobiologie an der Universität Côte d’Azur.

Dieser Artikel wurde von The Conversation unter einer Creative Commons-Lizenz erneut veröffentlicht. Lesen Sie den Originalartikel.

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