IDs der Mausstudie Wie das Gehirn Erinnerungen im Laufe der Zeit verbindet
Mithilfe eines Miniaturmikroskops haben Neurowissenschaftler an der University of California in Los Angeles (UCLA) bei Mäusen festgestellt, wie das Gehirn im Laufe der Zeit verschiedene Erinnerungen miteinander verbindet.
Und während das Altern diese Verbindungen schwächt, haben die Forscher einen Weg gefunden, wie das Gehirn mittleren Alters getrennte Erinnerungen wieder verbinden kann.
Die Ergebnisse, veröffentlicht in Naturschlagen eine mögliche Intervention für Menschen vor, die an altersbedingten Gedächtnisproblemen leiden, so die Forscher.
"Bis jetzt haben sich Neurowissenschaftler darauf konzentriert, wie das Gehirn einzelne Erinnerungen erzeugt und speichert", sagte der leitende Forscher Dr. Alcino Silva, Professor für Neurobiologie an der David Geffen School of Medicine an der UCLA. "Wir wollten untersuchen, wie das Gehirn zwei Erinnerungen verbindet und ob der Lauf der Zeit die Stärke der Verbindung beeinflusst."
"In der realen Welt passieren Erinnerungen nicht isoliert", fügte die Erstautorin Dr. Denise Cai hinzu, eine Forscherin in Silvas Labor. "Unsere Erfahrungen in der Vergangenheit beeinflussen die Schaffung neuer Erinnerungen und helfen uns, vorherzusagen, was uns erwartet, und fundierte Entscheidungen in der Zukunft zu treffen."
In ihrem Experiment testeten die Neurowissenschaftler an Mäusen im jungen und mittleren Alter, ob das Gehirn Erinnerungen an Erfahrungen miteinander verband, die durch fünf Stunden gegenüber sieben Tagen voneinander getrennt waren.
Um dies zu erreichen, verwendeten sie ein Miniaturmikroskop namens Miniscope, das von den UCLA-Neurowissenschaftlern Dr. Peyman Golshani, Baljit Khakh und Silva mit Mitteln der BRAIN-Initiative des Präsidenten und der Geffen-Schule.
Die leistungsstarke Kamera des Mikroskops ermöglichte es den Wissenschaftlern, in das Gehirn junger Mäuse zu blicken und ihre Zellen in Aktion zu beobachten. Das winzige, am Kopf montierte Mikroskop beleuchtete die feuernden Neuronen, während sich die Mäuse in ihrer natürlichen Umgebung frei bewegten.
Jede Maus wurde jeweils 10 Minuten lang in drei Kisten platziert, die alle hinsichtlich Duft, Form, Beleuchtung und Bodenbelag einzigartig waren. Eine Woche Zeit getrennt Platzierung in der ersten und zweiten Box. Nur fünf Stunden trennten die Zeit in der zweiten und dritten Box, in der die Maus später einen kleinen Schock am Fuß bekam.
Zwei Tage später gaben die Forscher jede Maus in alle drei Kisten zurück. Wie erwartet erstarrten die Mäuse vor Angst, als sie das Innere der dritten Schachtel erkannten.
Was als nächstes geschah, war nach Ansicht der Forscher jedoch eine Überraschung.
"Die Maus erstarrte auch in der zweiten Box, in der kein Schock auftrat", bemerkte Silva. "Dies deutet darauf hin, dass die Maus ihre Erinnerung an den Schock in der dritten Box auf ihre Erfahrung in der zweiten Box fünf Stunden zuvor übertragen hat."
Als Silva und Cai das Gehirn der Mäuse untersuchten, bestätigte die neuronale Aktivität ihre Hypothese.
"Dieselben Gehirnzellen, die den Schock der Maus in der dritten Box aufgezeichnet haben, haben auch einige Stunden zuvor die Erinnerung an die zweite Box verschlüsselt", sagte Cai. "Wir sahen 20 Prozent mehr Überlappungen in den neuronalen Schaltkreisen, die die Erfahrungen des Tieres in den Erinnerungen aufzeichneten, die sich zeitlich näher entwickelten."
"Die Erinnerungen wurden in Beziehung gesetzt, wie sie vom Gehirn codiert und gespeichert wurden, so dass der Rückruf eines Gedächtnisses den Rückruf eines anderen zeitlich verwandten Gedächtnisses auslöste", erklärte Silva weiter.
Basierend auf einem früheren Befund von Silva wusste das Forscherteam, dass eine Zelle am wahrscheinlichsten eine Erinnerung codiert, wenn sie erregt und feuerbereit ist. Neurowissenschaftler bezeichnen diesen Zustand als Erregbarkeit.
"Das erregbare Gehirn ist bereits aufgewärmt", sagte Silva. "Es ist, als würden Sie Ihre Muskeln vor dem Training dehnen oder Ihren Automotor drehen, bevor Sie fahren."
Die Forscher vermuteten, dass das Altern die Fähigkeit der Neuronen zur vollständigen Erregung schwächt, und führten ein ähnliches Experiment an Mäusen mittleren Alters durch. Sie führten jede der Mäuse in zwei Kisten im Abstand von fünf Stunden ein und verabreichten in der zweiten Kiste einen Fußschock.
Als sie die Tiere zwei Tage später in die Kisten zurückbrachten, waren die Ergebnisse klar.
"Die älteren Mäuse erstarrten nur in der Kiste, in der sie einen Schock erhalten hatten", enthüllte Cai. "Sie haben in der ersten Box nicht reagiert."
Die Verwendung der Miniskope bestätigte, dass das Gehirn der älteren Mäuse die beiden Erinnerungen nicht verband. Jeder Speicher wurde auf einer eigenen neuronalen Schaltung codiert.
Das Team konzentrierte sich als nächstes darauf, die Fähigkeit älterer Mäuse zu verbessern, Erinnerungen zu verknüpfen. Cai benutzte ein biologisches Werkzeug, um Neuronen in einem Teil des Hippocampus - dem Gedächtniszentrum des Gehirns - anzuregen, bevor er die Mäuse in die erste Box einführte.
Sie stimulierte dieselben Zellen, bevor sie die Mäuse in die erste und die zweite Box legte, wo sie zwei Tage später einen Fußschock erhielten.
"Der Beweis im Pudding kam, als wir die Mäuse mittleren Alters wieder in die erste Schachtel einführten", sagte Silva.„Die Tiere erstarrten - sie haben jetzt den Schock, der in der zweiten Kiste passiert ist, mit der ersten in Verbindung gebracht. Dies deutet darauf hin, dass eine erhöhte Erregbarkeit ihre altersbedingte Unfähigkeit, Erinnerungen zu verknüpfen, umgekehrt hat. “
Cai und Silva berichten, dass sie derzeit die Wirkung eines von der FDA zugelassenen Arzneimittels auf die Fähigkeit von Mäusen mittleren Alters testen, Erinnerungen zu verbinden.
Quelle: Universität von Kalifornien, Los Angeles
