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Forscher der TU Berlin an Nature-Studie beteiligt, die zeigt, wie das menschliche Gehirn Inhalte und Kontexte getrennt speichert und gezielt miteinander verknüpft
Wie gelingt es dem menschlichen Gehirn, Erinnerungen zuverlässig auseinanderzuhalten und sie dennoch im richtigen Moment miteinander zu verbinden? Eine neue Studie, veröffentlicht im renommierten Fachjournal Nature, gibt darauf eine grundlegende Antwort. An der internationalen Forschungsarbeit unter Federführung der Universität Bonn war auch Johannes Niedieck, Forscher am Berlin Institute for the Foundations of Learning and Data (BIFOLD) der TU Berlin, beteiligt.
Die Studie zeigt erstmals direkt am Menschen, dass das Gehirn Erinnerungsinhalte und deren Kontext in zwei weitgehend getrennten Gruppen von Nervenzellen speichert. Diese spezialisierten Neuronen arbeiten jedoch eng zusammen und koppeln sich dynamisch, wenn eine Erinnerung gebildet oder korrekt abgerufen wird. Dieses Zusammenspiel ermöglicht die hohe Flexibilität des menschlichen episodischen Gedächtnisses.
Warum wir Erlebnisse nicht verwechseln
Wie diese Gedächtnisleistung im Alltag funktioniert, erläutert Johannes Niedieck anhand eines persönlichen Beispiels: „Am Sonntag war ich mit meiner Tochter im Technikmuseum, am Montag haben wir gemeinsam in der Küche gesungen. Ich kann mich an beide Ereignisse klar getrennt erinnern – ich denke ja nicht plötzlich, dass wir im Technikmuseum gesungen haben.“ Gleichzeitig ließen sich die einzelnen Elemente einer Erinnerung schnell miteinander verknüpfen: „Denke ich an meine Tochter, fallen mir sofort sowohl das Technikmuseum als auch die Küche ein, obwohl ich beide Situationen jeweils nur ein einziges Mal erlebt habe.“ Genau diese Fähigkeit – Inhalte und Kontexte einer Erinnerung einerseits sauber zu trennen und sie andererseits zuverlässig zu verbinden – stand im Mittelpunkt der nun veröffentlichten Studie.
Dem menschlichen Gedächtnis in Echtzeit zuschauen
Untersucht wurde dieser Mechanismus unter der Leitung von Dr. Marcel Bausch und Prof. Florian Mormann von der Klinik für Epileptologie in Bonn mithilfe hochauflösender Ableitungen einzelner Nervenzellen bei Patient*innen mit medikamentenresistenter Epilepsie. Ihnen waren aus diagnostischen Gründen haarfeine Elektroden im Hippocampus und angrenzenden Hirnregionen implantiert worden, die eine zentrale Rolle für das Gedächtnis spielen. Während freiwilliger Experimente bearbeiteten die Teilnehmer*innen Aufgaben am Laptop, bei denen identische Bilder in unterschiedlichen Aufgabenkontexten beurteilt werden mussten.
Die Analyse von über 3.000 Neuronen zeigte zwei klar unterscheidbare Gruppen: Inhalts-Neurone, die auf bestimmte Bilder unabhängig vom Kontext reagierten ––, und Kontext-Neurone, die auf die jeweilige Aufgabe unabhängig vom Bild ansprachen. Nur sehr wenige Nervenzellen kodierten beide Informationen zugleich.
Entscheidend war, dass Erinnerungen dann am zuverlässigsten gebildet wurden, wenn beide Zellgruppen koordiniert zusammenarbeiteten. Im Verlauf der Experimente verstärkten sich die Verbindungen zwischen ihnen messbar. Ein einzelnes Erinnerungselement konnte so den vollständigen Kontext reaktivieren – ein Prozess, der als Mustervervollständigung (pattern completion) bezeichnet wird.
Beitrag der TU Berlin
Johannes Niedieck war bereits während seiner Promotion an der Universität Bonn an der Planung der Studie, der Durchführung der Experimente mit Epilepsiepatient*innen sowie an der Diskussion und Einordnung der Ergebnisse beteiligt. Diese Arbeiten setzte er während seiner Tätigkeit in der Fachgruppe Maschinelles Lernen von Prof. Dr. Klaus-Robert Müller an der TU Berlin und BIFOLD fort. Sein interdisziplinärer Hintergrund an der Schnittstelle von Neurowissenschaften und datengetriebener Analyse trug dazu bei, die komplexen neuronalen Zusammenhänge präzise auszuwerten und verständlich zu beschreiben.
Perspektiven für Forschung und Medizin
Die Ergebnisse liefern eine zentrale Erklärung für die Flexibilität des menschlichen Gedächtnisses: Das Gehirn kann dieselben Inhalte in immer neuen Kontexten nutzen, ohne jede mögliche Kombination separat speichern zu müssen. Künftige Studien sollen klären, ob auch alltägliche Hintergrundkontexte, wie Orte oder Stimmungen, nach denselben Prinzipien verarbeitet werden und wie Störungen dieser neuronalen Interaktion das Erinnern beeinflussen.
Die Studie „Distinct neuronal populations in the human brain combine content and context“ ist online bei Nature verfügbar: https://www.nature.com/articles/s41586-025-09910-2
DOI: 10.1038/s41586-025-09910-2
Weitere Informationen erteilt Ihnen gern:
Dr. Johannes Niediek
Fachgebiet Maschinelles Lernen
BIFOLD
Fakultät IV Elektrontechnik und Informatik
E-Mail: johannes.niediek@tu-berlin.de
Merkmale dieser Pressemitteilung:
Journalisten
Ernährung / Gesundheit / Pflege, Informationstechnik
überregional
Forschungsprojekte
Deutsch
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