Amnesia verlorene Erinnerungen können abgerufen werden

Ein neues Papier von Forschern des Massachusetts Institute of Technology (MIT) schlägt vor, dass die Aktivierung von Gehirnzellen mit Lichttherapie verlorene Erinnerungen reaktivieren kann.

Wie in einem in der Zeitschrift veröffentlichten Artikel besprochen WissenschaftDie Technologie zum Abrufen der verlorenen Erinnerungen ist als Optogenetik bekannt.

Die Natur der Amnesie ist laut Dr. Susumu Tonegawa, Professor am MIT-Institut für Biologie und Direktor des RIKEN-MIT-Zentrums am Picower-Institut für Lernen und Gedächtnis, eine heiß diskutierte Frage in den Neurowissenschaften. Tonegawa leitete die Forschung der Hauptautoren Tomas Ryan, Dheeraj Roy und Michelle Pignatelli.

Neurowissenschaftliche Forscher haben jahrelang in Frage gestellt, ob eine retrograde Amnesie - die auf traumatische Verletzungen, Stress oder Krankheiten wie Alzheimer zurückzuführen ist - durch Schäden an bestimmten Gehirnzellen verursacht wird, was bedeutet, dass ein Gedächtnis nicht gespeichert werden kann oder ob der Zugang zu diesem Gedächtnis irgendwie blockiert ist und verhindert seinen Rückruf.

"Die Mehrheit der Forscher hat die Speichertheorie favorisiert, aber wir haben in diesem Artikel gezeigt, dass diese Mehrheitstheorie wahrscheinlich falsch ist", sagte Tonegawa. "Amnesie ist ein Problem der Beeinträchtigung des Wiederauffindens."

Gedächtnisforscher haben zuvor spekuliert, dass sich irgendwo im Hirnnetz eine Population von Neuronen befindet, die während des Prozesses des Erwerbs eines Gedächtnisses aktiviert werden und dauerhafte physikalische oder chemische Veränderungen verursachen.

Wenn diese Gruppen von Neuronen anschließend durch einen Auslöser wie beispielsweise einen bestimmten Anblick oder Geruch reaktiviert werden, wird das gesamte Gedächtnis abgerufen. Diese Neuronen sind als "Gedächtnis-Engramm-Zellen" bekannt.

2012 verwendeten die MIT-Forscher die Optogenetik, bei der Neuronen Neuronen hinzugefügt werden, damit sie mit Licht aktiviert werden können, um erstmals zu demonstrieren, dass eine solche Population von Neuronen tatsächlich in einem Bereich des Gehirns existiert, der als Hippocampus bezeichnet wird.

Bisher konnte jedoch niemand nachweisen, dass diese Neuronengruppen in einem als Gedächtniskonsolidierung bekannten Prozess dauerhafte chemische Veränderungen erfahren.

Eine solche Änderung, die als „Langzeitpotenzierung“ (LTP) bezeichnet wird, beinhaltet die Stärkung von Synapsen, den Strukturen, die es Gruppen von Neuronen ermöglichen, aufgrund von Lernen und Erfahrung Signale aneinander zu senden.

Um herauszufinden, ob diese chemischen Veränderungen tatsächlich stattfinden, identifizierten die Forscher zunächst eine Gruppe von Engrammzellen im Hippocampus, die bei Aktivierung mit optogenetischen Werkzeugen ein Gedächtnis ausdrücken konnten. Als sie dann die Aktivität dieser bestimmten Gruppe von Zellen aufzeichneten, stellten sie fest, dass die sie verbindenden Synapsen gestärkt waren.

"Wir konnten zum ersten Mal nachweisen, dass diese spezifischen Zellen - eine kleine Gruppe von Zellen im Hippocampus - diese Steigerung der synaptischen Stärke erfahren haben", sagte Tonegawa.

Die Forscher versuchten dann herauszufinden, was mit Erinnerungen ohne diesen Konsolidierungsprozess passiert. Durch die Verabreichung einer Verbindung namens Anisomycin, die die Proteinsynthese innerhalb von Neuronen blockiert, unmittelbar nachdem Mäuse ein neues Gedächtnis gebildet hatten, konnten die Forscher verhindern, dass sich die Synapsen verstärken.

Als sie einen Tag später zurückkehrten und versuchten, das Gedächtnis mit einem emotionalen Auslöser zu reaktivieren, konnten sie keine Spur davon finden. "Obwohl die Engrammzellen vorhanden sind, werden diese Zellsynapsen ohne Proteinsynthese nicht gestärkt und das Gedächtnis geht verloren", sagte Tonegawa.

Erstaunlicherweise stellten die Forscher bei der Reaktivierung der durch Proteinsynthese blockierten Engrammzellen mit optogenetischen Werkzeugen fest, dass die Mäuse alle Anzeichen dafür zeigten, dass sie sich vollständig an das Gedächtnis erinnerten.

"Wenn Sie den Gedächtnisrückruf mit natürlichen Rückrufauslösern bei einem mit Anisomycin behandelten Tier testen, ist es amnesisch, Sie können keinen Gedächtnisrückruf induzieren", sagte Tonegawa. "Wenn Sie jedoch direkt zu den mutmaßlichen Engramm tragenden Zellen gehen und sie mit Licht aktivieren, können Sie das Gedächtnis wiederherstellen, obwohl es kein LTP gibt."

Weitere von Tonegawas Gruppe durchgeführte Studien zeigten, dass Erinnerungen nicht in Synapsen gespeichert werden, die durch Proteinsynthese in einzelnen Engrammzellen gestärkt werden, sondern in einem Kreislauf oder „Weg“ mehrerer Gruppen von Engrammzellen und den Verbindungen zwischen ihnen.

"Wir schlagen ein neues Konzept vor, bei dem es für jeden Speicher einen Engrammzellen-Ensemble-Pfad oder eine Schaltung gibt", sagte er.

"Diese Schaltung umfasst mehrere Gehirnbereiche und die Engrammzellen-Ensembles in diesen Bereichen sind speziell für ein bestimmtes Gedächtnis verbunden."

Die neue Forschung trennt laut Ryan die im Speicher verwendeten Mechanismen von denen des Speicherabrufs.

"Die Stärkung der Engrammsynapsen ist entscheidend für die Fähigkeit des Gehirns, auf diese spezifischen Speicher zuzugreifen oder diese abzurufen, während die Konnektivitätswege zwischen Engrammzellen die Codierung und Speicherung der Speicherinformationen selbst ermöglichen", sagte er.

Experten sind der Meinung, dass die Ergebnisse bahnbrechend sind, da sie darauf hindeuten, dass Änderungen der synaptischen Stärke und der Wirbelsäuleneigenschaften für das Gedächtnis möglicherweise nicht so kritisch sind wie bisher angenommen, da es unter bestimmten Bedingungen möglich zu sein scheint, diese Veränderungen zu stören und dennoch das Gedächtnis zu bewahren “, sagte Dr. Alcino Silva, Direktor des Integrativen Zentrums für Lernen und Gedächtnis an der University of California in Los Angeles.

"Stattdessen scheinen diese Änderungen für das Abrufen des Gedächtnisses erforderlich zu sein, ein mysteriöser Prozess, der Neurowissenschaftlern bisher entgangen ist."

Quelle: Massachusetts Institute of Technology