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Hirnforschung: Mäusen falsche Erinnerungen eingepflanzt

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Wissenschaftler um Susumu Tonegawa haben im Experiment das Gedächtnis von Versuchsmäusen manipuliert: Die Tiere brachten daraufhin einen harmlosen Käfig mit einer Gefahr in Verbindung, der sie eigentlich in einem ganz anderen Käfig ausgesetzt gewesen waren. Von diesem Eingriff erhoffen sich die Forscher vom Massachusetts Institute of Technology in Cambridge Antworten auf die Frage, wie das Gehirn Gedächtnisspuren anlegt.

Vereinfacht gesagt, verlief der Versuch folgendermaßen: Tonegawa und Kollegen ließen Mäuse einen Käfig A erkunden und registrierten währenddessen, welche Hirnzellen sich dabei in der Gedächtniszentrale der Tiere – dem Hippocampus – regten. Einen Tag später setzten sie die Mäuse in einen Käfig B und verabreichten ihnen dabei leichte elektrische Stromstöße an den Pfoten. Normalerweise würde dies dazu führen, dass die Tiere künftig in Käfig B in eine Art Schreckstarre verfallen. Weil die Forscher aber während des Aufenthalts in Käfig B diejenigen Zellen stimulierten, die zuvor in A aktiv gewesen waren, speicherten die Tiere eine falsche Information ab: Fortan erwarteten sie in Käfig A die Stromstöße und verharrten entsprechend oder mieden diese Kammer.

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Drei-Schritt-Experiment | Die Forscher veranschaulichen die drei Schritte ihres Experiments mit dieser Grafik: Zunächst identifizierten sie im blauen Käfig diejenigen Nervenzellen, mit denen die Maus Erinnerungen an ihren Aufenthalt dort abspeicherte. Im roten Käfig wurden diese Zellen reaktiviert und gleichzeitig der Maus ein elektrischer Schmerzreiz verabreicht. Zurück im dritten Käfig, erwartete das Tier schließlich den Schmerzreiz, obwohl es ihn hier überhaupt nicht erlebt hatte.

Um eine derart spezifische Stimulation der gewünschten Zellen hervorrufen zu können, griffen die Forscher tief in die Trickkiste der so genannten Optogenetik: Sie verwendeten aus Algen isolierte Kanalproteine, die eine Nervenzelle zum Feuern bringen, sobald man sie mit Licht bestrahlt. Die Bauanleitung für diese "Lichtschalter" transferierten die Forscher mit der Hilfe eines Virus in die DNA von Hirnzellen, so dass diese Zellen fortan ihre eigenen Schalter herstellen konnten. Über ein ins Gehirn implantiertes Glasfaserkabel lassen sie sich anschließend wie gewünscht erregen.

Bedingung war jedoch, dass ausschließlich diejenigen Zellen auf Licht reagierten, die bei der Erkundung des Käfigs A aktiv gewesen waren. Deshalb injizierten Tonegawa und Kollegen zum einen die Bauanleitung für diese Proteine präzise in einen Abschnitt des Hippocampus, den so genannten Gyrus dentatus, von dem sie annahmen, dass er an derartigen episodischen Erinnerungen maßgeblich beteiligt ist. Zum anderen koppelten sie sie an ein anderes Gen (c-Fos), das die Zelle bei allen Lernvorgängen abliest. Nur wenn die Zelle dieses Gen aktivierte, kam es zur Produktion des lichtaktiven Kanals. Damit erhielten nur jene Zellen einen Schalter, die an der Abspeicherung neuer Gedächtnisinhalte beteiligt waren. Schließlich blockierten sie diesen Mechanismus wieder über eine im Futter verabreichte Substanz (Doxycyclin) und lösten diese Blockade exakt in den Minuten, in denen sich die Maus in Käfig A befand.

Das Ergebnis dieser Prozedur: Ausschließlich diejenigen Zellen, die während der Käfigerkundung an der Bildung von Gedächtnisinhalten beteiligt waren, erhielten einen Lichtschalter. Sie konnten dann gezielt erregt werden, als sich die Tiere in Käfig B befanden.

Die Studie belegt, dass Zellen des Gyrus dentatus sehr selektiv in bestimmte Erinnerungsspuren einbezogen werden. So gab es beispielsweise kaum Überlapp zwischen den Neuronen, die in Erinnerungen an Käfig A einbezogen waren, und solchen, die zu denen an Käfig B gehörten. Offenbar bündeln die Gyrus-dentatus-Zellen verschiedene Eindrücke, die zu einer bestimmten Zeit an einem bestimmten Ort gemacht werden. Die Reaktivierung dieser Neurone kommt dann einem Wiederabruf der Informationen gleich: Man erinnert sich an diese Situation.

"Falsche Erinnerungen" lassen sich bei Menschen auch ohne optogenetische Tricks hervorrufen. Wissenschaftler haben entdeckt, dass ein Gedächtnisinhalt kurz nach seiner Reaktivierung vorübergehend formbar wird. Er lässt sich dadurch um neue Informationen ergänzen, die später nicht mehr als solche erkannt werden: Nach der Manipulation denken die Betroffenen, sie hätten die neuen Informationen im ursprünglichen Zusammenhang gesammelt. Dieses Phänomen, das nicht nur bei Zeugenaussagen, sondern beispielsweise auch in der Traumatherapie von Bedeutung ist, könnte sich mit Hilfe des Mäuseexperiments ebenfalls genauer untersuchen lassen, glauben die Forscher um Tonegawa.

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