Die automatische Vervollständigung des Gehirns

Die automatische Vervollständigung des Gehirns

Vervollständigung des Gehirns

Wenn wir uns ein Bild von einem sonnigen Tag am Strand ansehen, können wir fast den Geruch von Sonnencreme riechen. Unser Gehirn vervollständigt oft Erinnerungen und erinnert automatisch an die verschiedenen Elemente der ursprünglichen Erfahrung.

Eine neue kollaborative Studie zwischen den Universitäten Birmingham und Bonn zeigt nun die zugrunde liegenden Mechanismen dieser automatischen Vervollständigung auf. Sie wurde nun in der Zeitschrift Nature Communications veröffentlicht. (1)

Die Forscher präsentierten den Teilnehmern eine Reihe verschiedener Szenenbilder. Wichtig ist, dass sie jedes Szenebild mit einem von zwei verschiedenen Objekten, wie z.B. einer Himbeere oder einem Skorpion, verknüpften.

Die Teilnehmer erhielten 3 Sekunden Zeit, um sich eine bestimmte Kombination aus Szene und Objekt zu merken. Nach einer kurzen Pause wurden ihnen die Szenenbilder wieder präsentiert, mussten aber nun das zugehörige Objektbild aus dem Speicher rekonstruieren.

“Gleichzeitig haben wir die Gehirnaktivierung der Teilnehmer untersucht”, erklärt Prof. Florian Mormann, Leiter der Gruppe Kognitive und Klinische Neurophysiologie an der Universitätsklinik Bonn.

“Wir konzentrierten uns auf zwei Gehirnregionen – den Hippocampus und den benachbarten entorhinalen Kortex.” Der Hippocampus spielt bekanntlich eine Rolle im assoziativen Gedächtnis, aber wie genau er das tut, ist nur unzureichend erforscht.

Eine spannende Entdeckung

Die Forscher machten eine spannende Entdeckung: Während der Erinnerung begannen die Neuronen im Hippocampus stark zu schießen. Dies war auch bei einer Kontrollbedingung der Fall, bei der sich die Teilnehmer nur Szenenbilder ohne die Objekte merken mussten.

Wichtig ist jedoch, dass die Aktivität im Hippocampus viel länger dauerte, wenn sich die Teilnehmer auch an das zugehörige Objekt (das Himbeer- oder Skorpionbild) erinnern mussten. Zusätzlich begannen Neuronen im entorhinalen Kortex parallel zum Hippocampus zu schießen.

“Das Aktivierungsmuster im entorhinalen Kortex bei erfolgreicher Erinnerung glich stark dem Aktivierungsmuster beim ersten Erlernen der Objekte”, erklärt Dr. Bernhard Staresina von der University of Birmingham.

Tatsächlich war die Ähnlichkeit zwischen Erinnerung und Lernen so stark, dass ein Computeralgorithmus sagen konnte, ob sich der Teilnehmer an die Himbeere oder den Skorpion erinnerte.

“Wir nennen diesen Prozess Wiedereinführung”, sagt Staresina: “Der Akt des Erinnerns versetzt Neuronen in einen Zustand, der ihrer Aktivierung beim ersten Lernen sehr ähnlich ist.”

Die Forscher glauben, dass eine solche Wiederherstellung von Neuronen im Hippocampus gesteuert wird. Wie ein Bibliothekar könnten Hippocampus-Neuronen Hinweise geben, die dem Rest des Gehirns sagen, wo bestimmte Erinnerungen (wie die Himbeere und der Scorion) gespeichert sind.

Ein Blick ins Gehirn von Patienten mit Epilepsie

Die Aufnahmen des Gehirns wurden an der Universitätsklinik für Epileptologie in Bonn – einem der größten Epilepsiezentren Europas – durchgeführt. Die Klinik ist auf Patienten spezialisiert, die an schweren Formen der medialen Schläfenlappenepilepsie leiden.

Ziel ist es, die Teile des Gehirns, die die epileptischen Anfälle verursachen, operativ zu entfernen. Um den Ursprung der Anfälle zu lokalisieren, werden bei einigen Patienten Elektroden implantiert.

Diese Elektroden sind in der Lage, die Gehirnaktivierung aufzuzeichnen. Forscher können diese seltene Gelegenheit nutzen, um das Gehirn genau zu beobachten, während es sich erinnert.

Das ist auch das, was die aktuelle Studie getan hat: Die 16 Teilnehmer waren alle Epilepsie-Patienten, denen kleine Elektroden in ihren medialen Temporallappen implantiert wurden.

“Mit diesen Elektroden konnten wir die Reaktion der Neuronen auf visuelle Reize aufzeichnen”, erklärt Prof. Mormann. Diese Methoden ermöglichen faszinierende Einblicke in die Mechanismen unseres Gedächtnissystems. Sie können auch verwendet werden, um die Ursachen für Gedächtnisdefizite besser zu verstehen.



Bildquelle:

  • © Cognitive and Clinical Neurophysiology Group/Uni Bonn & https://www.sciencedaily.com/releases/2019/04/190403113920.htm