Dynamische Gedächtniskarten: Wie sich neuronale Repräsentationen ständig verändern

CHICAGO / MÜNCHEN (IT BOLTWISE) – Eine neue Studie der Universität Chicago zeigt, dass die Aktivität im Gehirn, die mit dem Gedächtnis verbunden ist, sich auch nach dem Lernen weiter verändert. Dies stellt traditionelle Ansichten über stabile neuronale Repräsentationen in Frage.

Die Forschung der Universität Chicago hat gezeigt, dass die neuronalen Repräsentationen im Gehirn dynamischer sind, als bisher angenommen. Insbesondere die sogenannten ‘Place Cells’ im Hippocampus, die für die räumliche Erinnerung zuständig sind, verändern sich subtil, wenn Mäuse eine bekannte Umgebung erneut besuchen. Diese Entdeckung widerspricht der traditionellen Ansicht, dass neuronale Verbindungen nach dem Lernen stabil bleiben.

Die Studie nutzte computergestützte Modellierung, um zu zeigen, dass die traditionelle Hebb’sche Plastizität, die besagt, dass Neuronen, die zusammen feuern, sich miteinander verbinden, diese Veränderungen nicht vollständig erklären kann. Stattdessen bietet die Verhaltenszeit-Synaptische Plastizität (BTSP), die durch Kalziumspitzen in Neuronen ausgelöst wird, eine bessere Erklärung dafür, wie Erinnerungen im Gehirn aufgezeichnet werden.

Die dynamischen Gedächtniskarten im Gehirn aktualisieren kontinuierlich räumliche Erinnerungen, anstatt sie zu stabilisieren. Diese Erkenntnis könnte helfen, zu verstehen, wie das Gehirn subtile Unterschiede in Zeit, Umgebung und Kontext erfasst. Die Forschung zeigt, dass die Aktivität im Hippocampus während der Gedächtnisbildung viel dynamischer ist, als bisher angenommen, obwohl der Zweck dieser sich verändernden Repräsentationen noch unklar ist.

Mark Sheffield, PhD, Associate Professor für Neurobiologie an der Universität Chicago, erklärt, dass diese Veränderungen durch synaptische Plastizität angetrieben werden müssen. Die Herausforderung besteht darin, genau zu bestimmen, welche Art von Plastizität dafür verantwortlich ist, da die Technologie fehlt, um dies direkt bei sich verhaltenden Tieren zu messen.

Die Entdeckung der ‘Place Cells’ im Jahr 2014, die den Nobelpreis für Medizin einbrachte, hat unser Verständnis der kognitiven Karten im Gehirn revolutioniert. In der neuen Studie beobachteten Forscher, dass die Aktivität dieser Zellen bei Mäusen, die durch verschiedene Umgebungen liefen, sich jedes Mal leicht unterschied. Diese Veränderungen spiegeln synaptische Plastizität wider.

Antoine Madar, PhD, ein Postdoktorand im Labor von Sheffield, entwickelte ein computergestütztes Modell von Hippocampus-Neuronen und testete verschiedene Plastizitätsregeln, um zu sehen, ob sie die beobachteten Muster erklären könnten. Die Ergebnisse zeigten, dass BTSP die dynamischen Veränderungen der ‘Place Fields’ besser erklärt als die traditionelle Hebb’sche Regel.

Die Forschungsergebnisse legen nahe, dass BTSP, obwohl selten, häufiger auftritt, wenn ein Tier lernt und neue Erinnerungen bildet. Diese Erkenntnisse könnten helfen, das Verständnis darüber zu vertiefen, wie synaptische Plastizität neuronale Repräsentationen während des Lernens kontinuierlich formt.

Die dynamischen Repräsentationen könnten dem Gehirn helfen, zwischen ähnlichen Erinnerungen zu unterscheiden, die am selben Ort, aber zu unterschiedlichen Zeiten stattgefunden haben. Dies ist ein wichtiger Prozess, um pathologische Gedächtnisverwirrung zu vermeiden, ein Merkmal mehrerer neurologischer und kognitiver Störungen.

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