Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Forscher entschlüsseln den Rhythmus der Erinnerung

28.01.2010
Das menschliche Gehirn verfügt augenscheinlich über eine Art Metronom, das die Vorgänge im Kurzzeitgedächtnis koordiniert.

Das zeigt eine aktuelle Studie der Universität Bonn und der Fachhochschule Koblenz. Die Ergebnisse sind nun in der Zeitschrift PNAS erschienen (doi: 10.1073/pnas.0911531107). Sie zeigen auch, dass eine Struktur im Schläfenlappen für das Kurzzeitgedächtnis eine wichtigere Rolle spielen könnte, als bislang oft gedacht.

Nach jedem Griff zum Telefonbuch arbeitet unser Kurzzeitgedächtnis auf Hochtouren. Würde man uns aber ein paar Minuten später nach der soeben gewählten Nummer fragen, wüssten wir wohl keine Antwort mehr. Denn während das Langzeitgedächtnis Erinnerungen dauerhaft speichert - wahrscheinlich durch Änderung der "Verkabelung" zwischen den Nervenzellen -, ist der Inhalt des Kurzzeitgedächtnisses flüchtig.

Er besteht vermutlich aus elektrischen Erregungsmustern, die für eine Zeitspanne von wenigen Sekunden bis Minuten aufrecht erhalten werden. Sobald die Erregung abklingt, ist die Erinnerung gelöscht. Das ist auch der Grund, warum wir die Telefonnummer innerlich vor uns hinmurmeln, bis wir sie sicher eingetippt haben - so geht sie uns nicht verloren. Wie aber schafft es das Kurzzeitgedächtnis, dass wir uns die verschiedenen Ziffern gleichzeitig merken können?

Die jetzt erschienene Studie liefert auf diese Frage eine Antwort. Darin hatten die Forscher ihren Probanden Fotos von Gesichtern vorgelegt. Manchmal zeigten sie ihnen nur ein Bild, manchmal zwei oder sogar vier. Kurz darauf präsentierten sie ihren Versuchspersonen ein weiteres Foto. Diese sollten nun angeben, ob sie es zuvor schon gezeigt bekommen hatten oder ob es sich um ein neues Gesicht handelte. "Während dieses Experiments haben wir die Hirnströme der Teilnehmer aufgezeichnet", erläutert der Bonner Hirnforscher Dr. Nikolai Axmacher.

Die Wissenschaftler konzentrierten sich bei ihrem Experiment auf eine Struktur im Schläfenlappen, den Hippocampus. Die elektrische Aktivität in dieser Region ändert sich zyklisch - der Hippocampus "schwingt". Und das gleichzeitig in verschiedenen Frequenzen; Hirnforscher sprechen auch von "Bändern". Das so genannte Theta-Band beispielsweise schwingt nur mit vier bis acht Hertz (ein Hertz ist ein Zyklus pro Sekunde) - deutlich langsamer als das Gamma-Band, das auf 25 bis 100 Hertz kommt.

Kakophonie im Schläfenlappen

Man kann sich diese beiden Bänder als zwei unterschiedlich schnell gespielte Trommeln vorstellen, die nichts miteinander zu tun haben wollen. Diese Kakophonie im Schläfenlappen hat jedoch ein Ende, wenn das Kurzzeitgedächtnis aktiv wird. Dann übernimmt nämlich die langsame Theta-Trommel plötzlich die Rolle des Metronoms und gibt der Gamma-Trommel den Takt vor. Innerhalb dieses Takts schlägt die Gamma-Trommel dann beispielsweise die Viertel. Hirnforscher sprechen auch von "frequenzübergreifender Kopplung".

Doch warum ist das wichtig? "Wir vermuten, dass die Erinnerung an die verschiedenen Gesichter sequentiell aufgefrischt wird", erklärt Axmachers Kollege Dr. Jürgen Fell. "Und zwar jedes Gesicht zu seinem eigenen spezifischen Zeitpunkt im Theta-Zyklus." Um beim Trommel-Bild zu bleiben: Immer wenn die Gamma-Trommel das erste Viertel schlägt, wird das Erregungsmuster von Gesicht 1 aufgefrischt. Auf dem zweiten Viertel folgt Gesicht 2, auf dem dritten Gesicht 3, und am Ende des Taktes ist der komplette Erinnerungszyklus abgeschlossen. Es ist, als würde der Hippocampus die besonderen Merkmale der Gesichter zu den Schlägen der Gamma-Trommel rhythmisch vor sich hinmurmeln.

Der Theta-Takt bestimmt hingegen die Zeitspanne, die dem Kurzzeitgedächtnis zur Auffrischung sämtlicher Gesichter insgesamt zur Verfügung steht. Für diese Interpretation spricht ein weiterer Befund: Die Theta-Schwingung wurde nämlich umso langsamer, je mehr Gesichter sich die Probanden merken sollten. Je mehr Information das Kurzzeitgedächtnis speichern muss, desto länger braucht es auch, um diesen Inhalt zyklisch aufzufrischen.

Bislang galt der Hippocampus zwar als eine der Schlüsselregionen für die Funktion des Langzeitgedächtnisses. Ob er auch im Kurzzeit-Gedächtnis eine Rolle spielt, war dagegen umstritten. Nikolai Axmacher: "Unsere Ergebnisse deuten jedoch eindeutig in diese Richtung."

Bei ihrer Studie profitierten die Forscher von der Tatsache, dass die Uni Bonn über eines der größten epilepsiechirurgischen Zentren weltweit verfügt. Patienten mit schweren Epilepsien können sich hier den Anfallsherd operativ entfernen lassen. Teilweise werden ihnen dabei im Vorfeld Elektroden in die betroffenen Gehirnbereiche implantiert. Diese dienen unter anderem der Lokalisierung des Anfallsherdes. Sie lassen sich aber auch nutzen, um die elektrischen Vorgänge in den tiefen Hirnregionen aufzuzeichnen - wie etwa in dieser Studie aus dem Hippocampus.

Kontakt:
Privatdozent Dr. Nikolai Axmacher
Klinik für Epileptologie der Universität Bonn
Tel.: 0228/287-19341
E-Mail: nikolai.axmacher@ukb.uni-bonn.de
Privatdozent Dr. Jürgen Fell
Klinik für Epileptologie der Universität Bonn
Tel.: 0228/287-19343
E-Mail: juergen.fell@ukb.uni-bonn.de

Frank Luerweg | idw
Weitere Informationen:
http://www.uni-bonn.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Medizin Gesundheit:

nachricht Taube Kinder lernen Wörter schneller als hörende Kinder
24.01.2018 | Max-Planck-Institut für Kognitions- und Neurowissenschaften

nachricht Medikamente mildern Mukoviszidose
23.01.2018 | Medizinische Hochschule Hannover

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Medizin Gesundheit >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Forscher decken die grundsätzliche Limitierung im Schlüsselmaterial für Festkörperbeleuchtung auf

Zum ersten Mal hat eine internationale Forschungsgruppe den Kernmechanismus aufgedeckt, der den Indium(In)-Einbau in Indium-Galliumnitrid ((In, Ga)N)-Dünnschichten begrenzt - dem Schlüsselmaterial für blaue Leuchtdioden (LED). Die Erhöhung des In-Gehalts in InGaN-Dünnschichten ist der übliche Ansatz, die Emission von III-Nitrid-basierten LEDs in Richtung des grünen und roten Bereiches des optischen Spektrums zu verschieben, welcher für die modernen RGB-LEDs notwendig ist. Die neuen Erkenntnisse beantworten die langjährige Forschungsfrage: Warum scheitert dieser klassische Ansatz, wenn wir versuchen, effiziente grüne und rote LEDs auf InGaN-Basis zu gewinnen?

Trotz der Fortschritte auf dem Gebiet der grünen LEDs und Laser gelang es den Forschern nicht, einen höheren Indium-Gehalt als 30% in den Dünnschichten zu...

Im Focus: Optisches Nanoskop ermöglicht Abbildung von Quantenpunkten

Physiker haben eine lichtmikroskopische Technik entwickelt, mit der sich Atome auf der Nanoskala abbilden lassen. Das neue Verfahren ermöglicht insbesondere, Quantenpunkte in einem Halbleiter-Chip bildlich darzustellen. Dies berichten die Wissenschaftler des Departements Physik und des Swiss Nanoscience Institute der Universität Basel zusammen mit Kollegen der Universität Bochum in «Nature Photonics».

Mikroskope machen Strukturen sichtbar, die dem menschlichen Auge sonst verborgen blieben. Einzelne Moleküle und Atome, die nur Bruchteile eines Nanometers...

Im Focus: Optical Nanoscope Allows Imaging of Quantum Dots

Physicists have developed a technique based on optical microscopy that can be used to create images of atoms on the nanoscale. In particular, the new method allows the imaging of quantum dots in a semiconductor chip. Together with colleagues from the University of Bochum, scientists from the University of Basel’s Department of Physics and the Swiss Nanoscience Institute reported the findings in the journal Nature Photonics.

Microscopes allow us to see structures that are otherwise invisible to the human eye. However, conventional optical microscopes cannot be used to image...

Im Focus: Vollmond-Dreierlei am 31. Januar 2018

Am 31. Januar 2018 fallen zum ersten Mal seit dem 30. Dezember 1982 "Supermond" (ein Vollmond in Erdnähe), "Blutmond" (eine totale Mondfinsternis) und "Blue Moon" (ein zweiter Vollmond im Kalendermonat) zusammen - Beobachter im deutschen Sprachraum verpassen allerdings die sichtbaren Phasen der Mondfinsternis.

Nach den letzten drei Vollmonden am 4. November 2017, 3. Dezember 2017 und 2. Januar 2018 ist auch der bevorstehende Vollmond am 31. Januar 2018 ein...

Im Focus: Maschinelles Lernen im Quantenlabor

Auf dem Weg zum intelligenten Labor präsentieren Physiker der Universitäten Innsbruck und Wien ein lernfähiges Programm, das eigenständig Quantenexperimente entwirft. In ersten Versuchen hat das System selbständig experimentelle Techniken (wieder)entdeckt, die heute in modernen quantenoptischen Labors Standard sind. Dies zeigt, dass Maschinen in Zukunft auch eine kreativ unterstützende Rolle in der Forschung einnehmen könnten.

In unseren Taschen stecken Smartphones, auf den Straßen fahren intelligente Autos, Experimente im Forschungslabor aber werden immer noch ausschließlich von...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

15. BF21-Jahrestagung „Mobilität & Kfz-Versicherung im Fokus“

23.01.2018 | Veranstaltungen

Gemeinsam innovativ werden

23.01.2018 | Veranstaltungen

Leichtbau zu Ende gedacht – Herausforderung Recycling

23.01.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Enzym mit überraschender Doppelfunktion

24.01.2018 | Biowissenschaften Chemie

Neuartiger hoch-produktiver Prozess für robuste Schichten auf flexiblen Materialien

24.01.2018 | Messenachrichten

Neuartiger Sensor zum Messen der elektrischen Feldstärke

24.01.2018 | Energie und Elektrotechnik

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics