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Gedächtnismanipulation: Schöne Erinnerungen - auf Knopfdruck verfälscht

Aus bösen Erinnerungen mach gute und umgekehrt. Ein raffinierter Mausversuch erhellt, wie das Gehirn Gedächtnisspuren anlegt - und wie nicht.
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Kein Ort macht von sich aus "gute" oder "schlechte" Erinnerungen, was zählt, sind die Erlebnisse. Darum haben die einen ein ungutes Gefühl im Bauch, wenn sie ein Klassenzimmer betreten, die anderen hingegen schwelgen in Nostalgie.

Wie diese Verknüpfung zwischen "wo" und "wie" zu Stande kommt, erforscht ein Team um Susumu Tonegawa mit Hilfe von Mäusen, deren Gedächtnis sie per Laser manipulieren können. Es zeigt sich: Das "Wo" einer Erinnerung und das "Wie" sitzen an unterschiedlichen Stellen – und die Verknüpfung zwischen beiden ist flexibel. Sie kann in neue Bahnen gelenkt werden, so dass, um im Bild zu bleiben, auf einmal der Exeinserschüler beim Gedanken an Schule erschauert, während das einstige Mobbingopfer plötzlich erstrahlt.

Jedenfalls im Mausversuch ist dies dem Team um Tonegawa nun gelungen [1], wenn auch mit viel prosaischeren Erfahrungen: Männliche Mäuse wurden in einen Raum gesetzt und erhielten dort entweder leichte Elektroschocks an den Füßen oder sie verbrachten vergnügte Stunden mit Artgenossinnen. Das Entscheidende: Alle Gedächtnishirnzellen, die während der Zeit im Käfig aktiv waren, bekamen durch genetische Manipulation einen eigenen Lichtsensor verpasst. Damit hatte die Käfigerinnerung einen Fernauslöser: Laserlicht, per Glasfaserkabel in den Hippocampus geleitet, rief sie fortan wach. Und mit ihr die emotionale Komponente – die Tiere fühlten sich wieder wie einst im Versuchskäfig und verharrten entweder ängstlich vor dem Fußschock oder in freudiger Erwartung.

Emotionen werden umgepolt

Jetzt aber kehrten die Wissenschaftler die Erlebnisse um: Den erwartungsvoll Dasitzenden verpassten sie einen Schmerzreiz, die Ängstlichen bekamen Besuch von Artgenossinnen. Prompt änderte sich auch die Assoziation mit dem ursprünglichen Versuchskäfig. Das "Wo" der Erinnerung blieb gleich, ihr "Wie" – der emotionale Gehalt – änderte sich jedoch.

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Manipulierte Hirnregionen | Hier ein Querschnitt durch ein Gehirn der Maus. Die Forscher injizierten das Gen für den Lichtschalter in einen Teil des Hippocampus, den Gyrus dentatus (DG), und einen Teil der Amygdala, den basolateralen Komplex (BLA).

Die Wissenschaftler gehen davon aus, dass diese beiden Komponenten im Wesentlichen in zwei getrennten Hirnstrukturen beheimatet sind. Die "Wo"-Komponente sitze im Hippocampus, hier werde die kontextuelle Information einer Erinnerung abgespeichert; die "Wie"-Komponente finde sich hingegen in der Amygdala, die Emotionen kodiere, erläutern Tonegawa und Kollegen. Das ließ sich auch durch ein Kontrollexperiment bestätigen: Platzierten sie den "Fernauslöser" in Zellen der Amygdala, konnten sie zwar auch die ursprüngliche Reaktion (Angst vs. Freude) auf Knopfdruck auslösen. Eine Umverknüpfung fand jedoch nicht statt. Wie die Forscher schlussfolgern: Amygdalazellen repräsentieren bereits selbst gute und schlechte Emotionen, sie lassen sich, anders als Hippocampuszellen, nicht mit solchen verknüpfen.

In einem begleitenden Kommentar [2] zu der Veröffentlichung loben Tomonori Takeuchi und Richard Morris von der University of Edinburgh die Forschungsarbeit. Zwar sei bekannt gewesen, dass sich der emotionale Gehalt von Erinnerungen manipulieren lässt – solche Versuche werden beispielsweise bei der Behandlung von Traumaopfern vorgenommen. Die neue Studie zeige jedoch deutlich, wie streng getrennt die jeweiligen Netzwerke der Gedächtniskomponenten im Gehirn vorliegen. Außerdem sei es bemerkenswert, dass allein die lasergesteuerte Reaktivierung ausreiche, um die Umverknüpfung herbeizuführen.

Separate Erinnerungen werden aktivierbar

In der Tat ist die präzise Fernsteuerung ein Meisterstück der Optogenetik, der Manipulation von Nervenzellen mit Licht. Das Grundprinzip ist inzwischen in zahlreichen Studien erprobt: Nervenzellen werden mit Hilfe eines Virus die genetische Bauanleitung für ein lichtempfindliches Protein zugeführt. Diese stellen daraufhin den Lichtschalter selbst her und bauen ihn in ihre Membranen ein. Werden sie von einem Lichtstrahl getroffen, lässt der Schalter die Zellen feuern, als wären sie ganz natürlich vom Netzwerk selbst aktiviert worden.

Das Problem dabei ist die mangelnde Selektivität. Nicht jedes Neuron soll auf Kommando feuern, sondern nur jene, die in eine einzelne, extrem spezifische Erinnerungsspur eingebunden sind. Möglich macht es ein Verfahren, das die Gruppe um Tonegawa bereits in einer früheren Studie vorgestellt hat: Erstens koppeln sie das Ablesen des Schaltergens an ein "Lerngen", das nur im Verlauf von Lernvorgängen abgelesen wird. Unter dieser Bedingung würden allerdings immer noch sämtliche Erinnerungen einen Lichtschalter bekommen. Darum führen sie zweitens eine zeitkritische Bedingung ein: Sie blockieren die Aktivität des Lerngens mit einer Bremse, einem zweckentfremdeten Antibiotikum. Und nur in den entscheidenden Zeiträumen des Experiments wird dieses Antibiotikum abgesetzt und die Bremse gelöst. Alle Zellen, die daraufhin an Lernvorgängen teilhaben, stellen so gleichzeitig den Lichtschalter her.

Im Endergebnis lässt sich eine einzelne Erinnerungsspur hochspezifisch aktivieren – und dank eines Markerproteins sogar unter dem Mikroskop visualisieren.

35. KW 2014

Dieser Artikel ist enthalten in Spektrum - Die Woche, 35. KW 2014

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