Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Doppel-Pässe im Gehirn

02.07.2012
Wissenschaftler rätseln seit langem, wie beim Gedächtnisabruf die beiden Gehirnstrukturen Hippocampus und perirhinaler Cortex zusammenarbeiten.

Forscher der Universität Bonn haben nun mit ihren Kollegen in Cambridge zeitlich hoch aufgelöst entschlüsselt, wie das Zusammenspiel der beiden Hirnareale Schritt für Schritt funktioniert. Die Studie ist nun im Fachjournal „Nature Neuroscience“ erschienen.


Schema zum Gedächtnisabruf: Bei den Bildern handelt es sich um Aufnahmen mit funktioneller Magnetresonanztomographie. (c) Grafik: Simon Strangeways

Durch das Gedächtnis erlangt der Mensch die Fähigkeit, Informationen zu speichern, zu ordnen und wieder abzurufen. Wie dies genau funktioniert, ist eine faszinierende Frage der Wissenschaft. Zwei Strukturen spielen bei der Gedächtnisbildung eine wichtige Rolle: Der Hippocampus und der perirhinale Cortex. Der Hippocampus zählt zu den evolutionär ältesten Gehirnstrukturen und sitzt im Schläfenlappen. Menschen, bei denen beide Hippocampi zerstört sind, haben keine neuen Erinnerungen mehr. Der perirhinale Cortex befindet sich in der unmittelbaren Nachbarschaft des Hippocampus. Über seine Funktion wird in der Wissenschaft eine Kontroverse geführt: Entspricht seine Aufgabe weitestgehend der des Hippocampus oder erfüllt er eine ganz spezifische Rolle?

Auf diese Frage haben nun Wissenschaftler der Bonner Uni-Klinik für Epileptologie und ihre Kollegen von der Forschungseinheit für Kognition und Gehirnforschung in Cambridge (England) eine Antwort gefunden. „Der Hippocampus und der perirhinale Cortex erfüllen jeweils eigenständige Aufgaben, arbeiten in einer zeitlichen Abfolge aber sehr eng miteinander zusammen“, bringt Privatdozent Dr. Jürgen Fell von der Bonner Uni-Klinik für Epileptologie das überraschende Ergebnis auf den Punkt. „Das lässt sich mit Fußball vergleichen: Die Spieler nutzen wechselseitig Pässe, um ein Tor vorzubereiten.“

Direkte Einblicke ins Gehirn der Probanden

Die Wissenschaftler stellten 20 gesunden Probanden verschiedene Gedächtnisaufgaben und untersuchten mit funktioneller Magnetresonanztomographie (fMRT) über den Sauerstoffgehalt des Blutes indirekt die Aktivität bestimmter Gehirnareale in sehr hoher räumlicher Auflösung. Darüber hinaus bezogen die Forscher fünf Epilepsie-Patienten in die Studie mit ein, die zur Ortung des Anfallsherdes eine Elektrode ins Gehirn implantiert bekommen haben. „Damit konnten wir die Aktivität bestimmter Gehirnareale direkt messen und die fMRT-Resultate mit einer weiteren Methode mit sehr hoher zeitlicher Auflösung untermauern“, sagt Privatdozent Dr. Nikolai Axmacher, der an der Bonner Uni-Klinik für Epileptologie und dem Deutschen Zentrum für Neurodegenerative Erkrankungen (Standort Bonn) forscht.

Die Probanden beider Gruppen bekamen verschiedene Worte – wie etwa „Elefant“ oder „Auto“ – gezeigt. Zum Text wurde gleichzeitig eine bestimmte Farbe eingeblendet. Die Testpersonen mussten dann die Frage beantworten, ob etwa ein roter Elefant oder ein blaues Auto plausibel sind. Später wurden dann bereits bekannte und zusätzlich neue Wörter gezeigt. Kam den Probanden das Wort bekannt vor, sollten sie auch die damit verbundene Farbe angeben. „Hierbei ging es darum, das Quellengedächtnis zu aktivieren, mit dem nicht nur Objekte, sondern auch zusätzliche Eigenschaften und Situationen erinnert werden“, erläutert Dr. Fell.

Hoch aufgelöste Aufzeichnung im Tausendstel-Sekundenbereich

Während die Testpersonen die Aufgaben lösten, zeichneten die Wissenschaftler mit dem fMRT und den Elektroden die Aktivitäten der Gehirnareale auf, wobei im letzteren Fall eine Auflösung im Tausendstel-Sekundenbereich erreicht wird. „Bei beiden Methoden waren die Verläufe konform“, berichten die Bonner Forscher. Es zeigte sich, dass der perirhinale Cortex erkennt, ob es sich bei den präsentierten Objekten um einen vertrauten oder neuen Stimulus handelt. Waren die Worte aus der vorangegangenen Runde bekannt, schaltete sich der Hippocampus hinzu und stellte die Verknüpfung zu zusätzlichen Informationen her. Dann war wieder der perirhinale Cortex gefragt, der die Informationen zur Farbe zur Verfügung stellte. „Diese zeitliche Abfolge in der Kopplung der beiden Gehirnstrukturen, die an Doppelpässe erinnert, sind sowohl mit dem fMRT und den Elektroden ganz klar zu erkennen“, sagt Dr. Fell.

Besseres Verständnis von Gedächtnisprozessen

Damit sind die Wissenschaftler einen deutlichen Schritt vorangekommen zu verstehen, wie der Gedächtnisabruf im Gehirn und das Zusammenspiel verschiedener Areale funktionieren. „Die Ergebnisse zeigen, wie die einzelnen Bausteine unserer Gedächtnisinhalte im Zuge des Erinnerns zusammengesetzt werden“, sagt Dr. Bernhard Staresina von der Forschungseinheit für Kognition und Gehirnforschung in Cambridge, der hierzu zuvor auch an der Universität Bonn mit Dr. Fell und Dr. Axmacher geforscht hat. „Solche Resultate aus der Grundlagenforschung sind für viele praktische Anwendungen relevant“, erläutert Dr. Staresina. „Die Gedächtniseinbußen nach Unfällen oder bei neurodegenerativen Erkrankungen können nun präziser vorhergesagt werden. Auch können Gedächtnisprozesse möglicherweise unterstützt werden, indem die Zusammenarbeit von Hippocampus und perirhinalem Cortex durch elektrische Stimulation verstärkt wird.“

Publikation: Memory signals are temporally dissociated in and across human hippocampus and perirhinal cortex, Nature Neuroscience, DOI: 10.1038/nn.3154

Kontakt:

Privatdozent Dr. Jürgen Fell
Klinik für Epileptologie
Tel. 0228/28719343
E-Mail: juergen.fell@ukb.uni-bonn.de
Privatdozent Dr. Nikolai Axmacher
Klinik für Epileptologie
Deutsches Zentrum für Neurodegenerative Erkrankungen (Standort Bonn)
Tel. 0228/28719341
E-Mail: nikolai.axmacher@ukb.uni-bonn.de
Dr. Bernhard Staresina
MRC Cognition and Brain Sciences Unit
Cambridge, UK
Tel. +44 (0)1223 273752
E-Mail: bernhard.staresina@mrc-cbu.cam.ac.uk

Johannes Seiler | idw
Weitere Informationen:
http://www.uni-bonn.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Diabetesforschung: Neuer Mechanismus zur Regulation des Insulin-Stoffwechsels gefunden
06.12.2016 | Universität Osnabrück

nachricht Was nach der Befruchtung im Zellkern passiert
06.12.2016 | Helmholtz Zentrum München - Deutsches Forschungszentrum für Gesundheit und Umwelt

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Gravitationswellen als Sensor für Dunkle Materie

Die mit der Entdeckung von Gravitationswellen entstandene neue Disziplin der Gravitationswellen-Astronomie bekommt eine weitere Aufgabe: die Suche nach Dunkler Materie. Diese könnte aus einem Bose-Einstein-Kondensat sehr leichter Teilchen bestehen. Wie Rechnungen zeigen, würden Gravitationswellen gebremst, wenn sie durch derartige Dunkle Materie laufen. Dies führt zu einer Verspätung von Gravitationswellen relativ zu Licht, die bereits mit den heutigen Detektoren messbar sein sollte.

Im Universum muss es gut fünfmal mehr unsichtbare als sichtbare Materie geben. Woraus diese Dunkle Materie besteht, ist immer noch unbekannt. Die...

Im Focus: Significantly more productivity in USP lasers

In recent years, lasers with ultrashort pulses (USP) down to the femtosecond range have become established on an industrial scale. They could advance some applications with the much-lauded “cold ablation” – if that meant they would then achieve more throughput. A new generation of process engineering that will address this issue in particular will be discussed at the “4th UKP Workshop – Ultrafast Laser Technology” in April 2017.

Even back in the 1990s, scientists were comparing materials processing with nanosecond, picosecond and femtosesecond pulses. The result was surprising:...

Im Focus: Wie sich Zellen gegen Salmonellen verteidigen

Bioinformatiker der Goethe-Universität haben das erste mathematische Modell für einen zentralen Verteidigungsmechanismus der Zelle gegen das Bakterium Salmonella entwickelt. Sie können ihren experimentell arbeitenden Kollegen damit wertvolle Anregungen zur Aufklärung der beteiligten Signalwege geben.

Jedes Jahr sind Salmonellen weltweit für Millionen von Infektionen und tausende Todesfälle verantwortlich. Die Körperzellen können sich aber gegen die...

Im Focus: Shape matters when light meets atom

Mapping the interaction of a single atom with a single photon may inform design of quantum devices

Have you ever wondered how you see the world? Vision is about photons of light, which are packets of energy, interacting with the atoms or molecules in what...

Im Focus: Greifswalder Forscher dringen mit superauflösendem Mikroskop in zellulären Mikrokosmos ein

Das Institut für Anatomie und Zellbiologie weiht am Montag, 05.12.2016, mit einem wissenschaftlichen Symposium das erste Superresolution-Mikroskop in Greifswald ein. Das Forschungsmikroskop wurde von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) und dem Land Mecklenburg-Vorpommern finanziert. Nun können die Greifswalder Wissenschaftler Strukturen bis zu einer Größe von einigen Millionstel Millimetern mittels Laserlicht sichtbar machen.

Weit über hundert Jahre lang galt die von Ernst Abbe 1873 publizierte Theorie zur Auflösungsgrenze von Lichtmikroskopen als ein in Stein gemeißeltes Gesetz....

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Wie aus reinen Daten ein verständliches Bild entsteht

05.12.2016 | Veranstaltungen

Von „Coopetition“ bis „Digitale Union“ – Die Fertigungsindustrien im digitalen Wandel

02.12.2016 | Veranstaltungen

Experten diskutieren Perspektiven schrumpfender Regionen

01.12.2016 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Weiterbildung zu statistischen Methoden in der Versuchsplanung und -auswertung

06.12.2016 | Seminare Workshops

Bund fördert Entwicklung sicherer Schnellladetechnik für Hochleistungsbatterien mit 2,5 Millionen

06.12.2016 | Förderungen Preise

Innovationen für eine nachhaltige Forstwirtschaft

06.12.2016 | Agrar- Forstwissenschaften