Wie wird das menschliche Gedächtnis gebildet und abgerufen? Der bislang eindeutigste Beweis ist aufgetaucht!

Geschrieben von: Liu Fang

Herausgeber: Huang Shan

Layout: Li Xuewei

Erinnern Sie sich an das Mädchen mit Amnesie, das Drew Barrymore in „50 erste Dates“ spielte?

Aufgrund eines Autounfalls vergaß sie bei Sonnenaufgang am nächsten Tag alles, was am Vortag passiert war, und so musste Adam Sandler ihr fünfzig erste Lieben schenken, damit sie sich jeden Tag aufs Neue verliebte.

Das klingt nach einer äußerst romantischen Geschichte, aber für Menschen, die ihre episodische Gedächtnisfunktion verloren haben, ist das Vergessen ein persönlicher Schmerz.

Wie also synthetisieren Menschen episodische Erinnerungen? Welche Aktivitäten laufen in unserem Gehirn ab, wenn wir uns an die Vergangenheit erinnern?

Foto | 50 Fotos vom ersten Date

Forscher vom UT Southwestern Peter O'Donnell Jr. Brian Institute haben im Hippocampus des menschlichen Gehirns 103 spezielle Neuronen entdeckt, die eine Schlüsselrolle beim Abrufen episodischer Erinnerungen spielen. Die Erkenntnisse könnten den Weg für neue Therapien zur Tiefen Hirnstimulation (DBS) weisen, die Patienten mit Erkrankungen wie Schädel-Hirn-Trauma (TBI), Alzheimer-Krankheit und Stimmungsstörungen zugutekommen könnten.

Am 15. Dezember wird der entsprechende Artikel in der Zeitschrift Science Direct unter dem Titel „Neurons in the human medial temporal lobe track multiple temporal contexts during episodic memory processing“ veröffentlicht.

Dr. Bradley Lega, einer der Hauptautoren der Studie, sagte: „Dies ist der bislang klarste Beweis dafür, wie Erinnerungen gebildet und abgerufen werden.“

Erforschung des episodischen Gedächtnisses im menschlichen Gehirn

Lassen Sie uns zunächst verstehen, was episodisches Gedächtnis ist.

Unter episodischem Gedächtnis versteht man die Erinnerung an persönliche Erlebnisse, die zu einer bestimmten Zeit und an einem bestimmten Ort stattfinden. Die Erinnerung an Ihren ersten Kuss oder an das Trinken mit Freunden an Weihnachten sind Beispiele für episodische Erinnerungen. Im Gegensatz dazu bezieht sich das semantische Gedächtnis auf die allgemeinen Informationen und Fakten, die unser Gehirn speichern kann.

Das episodische Gedächtnis gehört zur Kategorie des Langzeitgedächtnisses und ist das am weitesten entwickelte und ausgereifteste Gedächtnissystem des Menschen. Zahlreiche experimentelle Beweise zeigen, dass der mediale Temporallappen (MTL) des Gehirns eine wichtige Rolle bei der episodischen Verarbeitung spielt. Die MTL-Struktur des Gehirns besteht aus dem Hippocampus und seinen umgebenden Bereichen (Gyrus parahippocampalis, entorhinaler Kortex und olfaktorischer marginaler Kortex). Es sammelt sensorische Informationen aus dem okzipitalen, parietalen, temporalen und frontalen Kortex und integriert und verarbeitet diese Informationen.

Schematische Darstellung des Experiments zur Kodierung und zum Abruf von Erinnerungen | Quelle: Papier

Für das Experiment rekrutierten Neurowissenschaftler 27 Patienten, bei denen am Thomas Jefferson University Hospital (TJUH) und der University of Texas Southwestern (UTSW) therapieresistente Epilepsie diagnostiziert worden war. Vor der Operation müssen sie Mikroelektroden in das Gehirn implantieren, um den epileptischen Herd zu lokalisieren. Dadurch erhalten die Wissenschaftler experimentelle Daten auf neuronaler Ebene, mit denen sie die Kodierungsmuster des episodischen Gedächtnisses untersuchen können.

Das Gedächtniskodierungsexperiment war eine Wortassoziationsaufgabe, bei der 308 verschiedene englische Substantive auf dem Bildschirm erschienen.

Jedes Wort erschien während des Experiments nur einmal und blieb 1,6 Sekunden auf dem Bildschirm. Anschließend traten die Probanden in die Interferenzphase ein.

Um die Aufmerksamkeit der Versuchspersonen abzulenken, stellen die Forscher ihnen nach dem Zufallsprinzip Rechenaufgaben. Dann ist es Zeit, in die wunderbare Zeit des Erinnerungsabrufs einzutreten. Die Probanden wurden gebeten, sich an diese 308 flüchtigen englischen Substantive zu erinnern. Anhand der Elektrodenaufzeichnungen der Neuronen identifizierten die Forscher schließlich 103 Neuronen mit „Subsequent Memory Effect“ (SME) im Hippocampus und im entorhinalen Kortex des Gehirns, deren Entladungsfrequenz bei erfolgreicher Kodierung signifikante Charakteristika aufwies. Darunter befanden sich 51 vordere Hippocampusneuronen (49,5 %), 31 hintere Hippocampusneuronen (30,1 %), 4 mittlere oder nicht näher bezeichnete Hippocampusneuronen (3,9 %) und 17 entorhinale Kortexneuronen (16,5 %).

KMU-Neuronendiagramm | Quelle: Papier

Bei erfolgreicher Gedächtniskodierung nimmt die Aktivität dieser 103 gedächtnissensitiven Neuronen zu.

Diese Neuronen erzeugten das gleiche Aktivierungsmuster, wenn die Versuchspersonen versuchten, die Erinnerung abzurufen, insbesondere wenn sie sich an eine große Menge an Details erinnerten. Mit anderen Worten: Die Feuerungsfrequenz der Neuronen im medialen Temporallappen beim Kodieren von Wörtern stimmte weitgehend mit der Feuerungsfrequenz beim Abrufen von Wörtern überein, und das Kodierungsmuster war für jedes Wort unterschiedlich.

Der Schlüssel zur Unterscheidung von Erinnerungen und Halluzinationen

Dieses Ergebnis bestätigt die Theorie des „Seriellen Gedächtniseffekts“ des menschlichen Gehirns auf neuronaler Ebene. Das heißt, die Aktivität des Nervensystems des Gehirns, insbesondere der medialen Temporallappenstruktur und des präfrontalen Lappens, kann bis zu einem gewissen Grad vorhersagen, ob die erlebten Ereignisse korrekt abgerufen werden können, und die Gehirnaktivitäten, die erfolgreichen und fehlgeschlagenen Erinnerungen entsprechen, unterscheiden sich erheblich.

Interessanterweise war für das Erinnern nicht die Semantik der Wörter, sondern deren Reihenfolge von Bedeutung.

In der Neurowissenschaft wird dies als zeitlicher Clustereffekt bezeichnet, was bedeutet, dass das Gehirn dazu neigt, zeitlich benachbarte Informationen zu kodieren. Wenn es uns gelingt, uns an die Vergangenheit zu erinnern, sind wir daher meist auch von den Umständen vor und nach einem Ereignis beeindruckt. Im Gegensatz dazu konnten die 103 gedächtnissensitiven Neuronen, die dieses Mal entdeckt wurden, nicht vorhersagen, wie Erinnerungen verschiedener semantischer Typen abgerufen wurden. Zu diesem Zweck suchten die Forscher gezielt nach 100.000 Dokumenten aus Wikipedia, um die semantische Information der im Experiment angegebenen Wörter zu quantifizieren.

Die Autoren glauben, dass dies daran liegen könnte, dass die Versuchsanordnung von den Probanden nicht verlangte, Erinnerungen nach Kategorien abzurufen, oder daran, dass die Aktivität semantisch sensibler Neuronen außerhalb des MTL-Bereichs des Gehirns liegt, etwa im Temporallappen und im präfrontalen Kortex.

(Quelle: Website des UT Southwestern Peter O'Donnell Jr. Brian Institute)

Darüber hinaus wurde im Rahmen dieser Studie erstmals im menschlichen Gehirn festgestellt, dass sich der Aktivierungszeitpunkt der für das Abrufen von Erinnerungen verantwortlichen Neuronen von dem Aktivierungszeitpunkt anderer Neuronen im Gehirn unterscheidet. Sie nannten dieses Phänomen „Phasenversatz“.

Die Forscher glauben, dass es dieser „Phasenunterschied“ ist, der es uns ermöglicht, klar zwischen Erinnerungen und Realität zu unterscheiden.

Dr. Bradley Lega sagte: „Unsere Ergebnisse werfen wichtiges Licht auf die Frage: Woher weiß man, dass man sich an eine vergangene Erinnerung erinnert und nicht an eine neue?“

Die Erkenntnisse sind insbesondere für Patienten mit Alzheimer und Schizophrenie von Bedeutung.

Carol Tamminga, Professorin für Psychiatrie an der UT Southwestern, erklärte, eine Funktionsstörung des Hippocampus sei die Hauptursache für die Unfähigkeit von Schizophreniepatienten, zwischen Erinnerungen und Halluzinationen zu unterscheiden: „Die Halluzinationen und Wahnvorstellungen (bei Patienten mit Schizophrenie usw.) sind tatsächlich echte Erinnerungen, die beschädigt wurden. Sie werden vom neuronalen Gedächtnissystem genauso verarbeitet wie ‚normale‘ Erinnerungen. Es ist wichtig zu verstehen, wie man diesen ‚Phasendifferenz‘-Mechanismus nutzen kann, um diese beschädigten Erinnerungen zu korrigieren.“

Wir hoffen, dass diese bedeutende Entdeckung in naher Zukunft Menschen helfen kann, die unter Halluzinationen und Realitätsproblemen leiden.

(Quelle: Website des UT Southwestern Peter O'Donnell Jr. Brian Institute)

Quellen:

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1053811921009629?via%3Dihub

https://www.sciencedaily.com/releases/2021/12/211206215953.htm

http://icanbrainlab.bnu.edu.cn/webpic/image/20180910/20180910175322.pdf

Quelle: Academic Headlines