idw – Informationsdienst Wissenschaft
Nachrichten, Termine, Experten
Nachrichten, Termine, Experten
Neurowissenschaftliches Team der Universität Tübingen entdeckt, dass spontane interne Änderungen im Gehirn kurze Fenster der verstärkten Plastizität im Erinnerungssystem öff-nen
Eine der faszinierendsten Eigenschaften des Gedächtnisses ist, dass die meisten alltäglichen Mo-mente schnell vergessen werden, während andere uns ein Leben lang begleiten. Wie das Gehirn entscheidet, welche Erinnerungen behalten und welche wieder verworfen werden, ist eine offene Frage. Ein neurowissenschaftliches Team an der Universität Tübingen unter der Leitung von Pro-fessor Andrea Burgalossi vom Institut für Neurobiologie und Werner Reichardt Centrum für Integrati-ve Neurowissenschaften (CIN) entdeckte nun, dass spontane Schwankungen im inneren Zustand des Gehirns beeinflussen, wie bereit das Gedächtnissystem ist, neue Informationen zu speichern. Seine Studie wurde in der Fachzeitschrift Nature Communications veröffentlicht.
Das Team untersuchte das Formen von Erinnerungen im Gehirn von Mäusen. Bei Säugetieren, ein-schließlich Maus und Mensch, gilt der Hippocampus als hauptverantwortlich für die Entstehung epi-sodischer, also selbst erlebter, Erinnerungen. Die Forscherinnen und Forscher konzentrierten sich im Hippocampus auf die sogenannten Ortszellen, die Informationen über die unmittelbare Umgebung des Tieres und seine Position darin repräsentieren. „Im Labor können wir Mäuse unterschiedliche Umgebungen erkunden lassen und beobachten, wie die Ortszellen aktiv werden“, sagt Dr. Eduardo Blanco-Hernandez von der Universität Tübingen, einer der Hauptautoren der Studie. „Verschiedene Gruppen von Ortszellen repräsentieren dabei verschiedene Umgebungen. Deren Aktivität zu be-obachten ist, als wenn man der Entstehung von Erinnerungen zusieht oder wie diese in Echtzeit wieder aufgerufen werden.“
Das Team zeichnete gleichzeitig die Aktivität der für Erinnerungen relevanten Ortszellen sowie den internen Zustand des Mäusegehirns auf. Das Gehirn sei kein statischer Apparat, sondern ein dyna-misches System, sagt der CIN-Forscher und Mitautor der Studie Nicola Sartorato. Selbst im ruhigen Wachzustand fluktuiere die Aufmerksamkeit und Anregung schnell zwischen höheren und niedrige-ren Ebenen: „Bei der Maus wie auch beim Menschen lässt sich der interne Zustand des Gehirns anhand der Pupillengröße abschätzen. Bei höherer Wachsamkeit erweitern sich die Pupillen.“
Die Forscherinnen und Forscher entdeckten, dass auch bei völliger Ruhe spontane Fluktuationen des internen Zustands stark beeinflussten, welche Erinnerungsneurone in einem gegebenen Mo-ment aktiv waren. „Vor allem eine bestimmte Untergruppe von Ortszellen wurde aktiv, wenn die Tie-re wachsamer wurden. Das legt nahe, dass der interne Zustand die neuronale Aufzeichnung der episodischen Erinnerungen schnell umformen kann“, erklärt Sartorato. Diese Änderungen spiegelten sich auch in Hirnrhythmen wider, also rhythmischen Veränderungen der Hirnströme: Neurale Aktivi-tätsmuster, sogenannte Theta-Oszillationen, die als Indikator für Gedächtnisbildung gelten, wurden in Abhängigkeit vom internen Zustand stärker oder schwächer.
Gehirnzustand und Plastizität
Das Forschungsteam fragte nun, ob die Fluktuationen des internen Zustands eine erhöhte Ände-rungsbereitschaft, also die Fähigkeit sich strukturell und funktionell anzupassen, begünstigt. „Plasti-zität ist essenziell für die Erinnerungsbildung. Es ist der Prozess, durch den Erfahrungen physisch im Gehirn abgelegt werden“, sagt Andrea Burgalossi. Um eine Erinnerung zu bilden, müssen die Neuronen ihre Verbindungen schnell anpassen und ihre Aktivitätsmuster neu organisieren, sodass die neue Information gespeichert werden kann. „Das ist besonders wichtig beim episodischen Ge-dächtnis, da die Ereignisse in unserem Leben nur einmal passieren. Es gibt keine Wiederholung oder Generalprobe – das Gehirn muss sie einfangen und schnell und effizient in Echtzeit ablegen“, sagt Burgalossi.
Aus dieser Perspektive stellten die Forscherinnen und Forscher die Hypothese auf, dass die Fluk-tuationen des internen Zustands die Erinnerungsbildung nicht nur indirekt beeinflussen, sondern ak-tiv kontrollieren können, wann das Gehirn in einen änderungsbereiten Zustand versetzt wird. Um dies zu testen, stimulierten sie individuelle, für Erinnerungen relevante Neurone in diesen Zuständen. Bemerkenswerterweise habe dies ausgereicht, um neue erinnerungsartige Aktivitätsmuster zu er-zeugen: „Die Stimulation hat die Bildung von neuen ortsspezifischen Antwortmustern angeregt, die neue ‚Erinnerungszellen‘ im Netzwerk erzeugt haben“, sagt Burgalossi.
Der Hippocampus, das Zentrum episodischer Erinnerungen im Gehirn, sei hochdynamisch, sagt Burgalossi: Er scheine in kurze Perioden einzutreten, in denen er besonders bereit ist, sich neu zu verdrahten. „Für unsere Forschungsarbeit ist es aufregend, dass wir diese Prozesse nun kontrolliert untersuchen können, indem wir uns auf Momente konzentrieren, in denen das Gehirn natürlicher-weise plastischer reagiert“, fügt er hinzu. „Wir haben diese Fenster erhöhter Plastizität identifiziert und die Möglichkeit, sie zu kontrollieren. Dadurch eröffnet die Studie einen neuen Weg, die neuralen Mechanismen zu untersuchen, durch die Erinnerungen physisch im Gehirn gebildet werden.“
Prof. Dr. Andrea Burgalossi
Universität Tübingen
Institut für Neurobiologie
Werner Reichardt Centrum für Integrative Neurowissenschaften (CIN)
Telefon +49 7071 29-88797
andrea.burgalossi@cin.uni-tuebingen.de
Nicola Sartorato, Ioannis S. Zouridis, Ulzii-Utas Narantsatsralt, Eduardo Blanco-Hernández and Andrea Burgalossi: Place and behavioral modulation of hippocampal neurons during immobility. Na-ture Communications, https://doi.org/10.1038/s41467-026-75492-w
Criteria of this press release:
Journalists
Biology, Medicine
transregional, national
Scientific Publications
German
You can combine search terms with and, or and/or not, e.g. Philo not logy.
You can use brackets to separate combinations from each other, e.g. (Philo not logy) or (Psycho and logy).
Coherent groups of words will be located as complete phrases if you put them into quotation marks, e.g. “Federal Republic of Germany”.
You can also use the advanced search without entering search terms. It will then follow the criteria you have selected (e.g. country or subject area).
If you have not selected any criteria in a given category, the entire category will be searched (e.g. all subject areas or all countries).
