Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Befreiung aus der Matrix – kognitive Flexibilität lässt sich experimentell steuern

07.02.2014
Warum fällt Umlernen so schwer? Eine aktuelle Studie aus Magdeburg zeigt, dass im erwachsenen Gehirn die extrazelluläre Matrix, die die Nervenzellen umgibt, der Hirnplastizität entgegenwirkt. Löst man sie experimentell auf, gelingt das Umlernen leichter.

In der „Matrix“-Film-Trilogie befreit sich der Held Neo aus der Matrix, um sein fremdbestimmtes Bewusstsein wieder selbst zu kontrollieren. Was dort als Fiktion erzählt wird, hat einen verblüffenden neurowissenschaftlichen Bezug:

Neuronen sind im erwachsenen Gehirn von einer biologischen Matrix umgeben, die die Hirnfunktionen offenbar weit mehr mitbestimmt als bisher angenommen wurde.

Diese Extrazelluläre Matrix (ECM), welche sich wie eine Art Netz schützend um die synaptischen Kontaktstellen zwischen den einzelnen Nervenzellen legt, stabilisiert neuronale Schaltkreise, wodurch Gedächtnisinhalte konserviert werden – eine grundlegende Voraussetzung für die Langzeitspeicherung von Erinnerungen.

Eine solche Stabilisierung könnte jedoch auf Kosten der Freiheitsgrade beim flexiblen Umgang mit bestehenden Gedächtnisinhalten gehen und so bei notwendigen kognitiven Umlernprozessen eher hinderlich sein.

In einer aktuellen Studie sind Forscher des Leibniz-Institutes für Neurobiologie in Magdeburg dieser Frage auf den Grund gegangen, in dem sie Mongolische Wüstenrennmäuse in einem kognitiv anspruchsvollen Umlern-Experiment untersucht haben. Zunächst lernten die Tiere zwei Tonsignale voneinander zu unterscheiden, in dem sie bei dem einen Reiz eine kleine Hürde überspringen und bei dem anderen Reiz in der Box sitzen bleiben. Die Tiere erlernten die Bedeutung der beiden akustischen Reize schnell und lösten die Aufgabe schon nach einigen Tagen Training perfekt. Dreht man nun die Bedeutung der beiden Tonsignale von einem Tag auf den anderen um, so müssen die Tiere die gelernten Assoziationen umlernen, was den Rennmäusen kaum gelang – das einmal etablierte Gedächtnis ist dem Umlernen offenbar im Weg.

Die Forscher konnten zeigen, dass eine Auflösung der ECM-Struktur im Gehirn der Rennmäuse durch Injektion eines entsprechenden Enzymes direkt in die Hörrinde die für das Umlernen notwendigen Strategiewechsel verbessert – die Tiere können die neue Bedeutung lernen. Die Abschwächung der schützenden Matrix-Netze hat jedoch keinen Einfluss auf generelle sensorische Lern-Prozesse oder gar auf den Abruf bereits bestehender Gedächtnisinhalte, d.h. die Rennmäuse hatten die früher gelernte Strategie nicht vergessen, ihr Gehirn hat aber an Plastizität gewonnen. Durch eine solche funktionelle Erhöhung der synaptischen Plastizität könnte die Modulation der ECM im erwachsenen Gehirn als geeignete Methode dienen, die kognitive Flexibilität im Umgang mit bestehenden, erlernten Verhaltensweisen zu verbessern und einen aktiven Umbau von Gedächtnisinhalten zu ermöglichen.

Die Studie offenbart dadurch auch ein vielversprechendes Zukunftspotential für neue klinische Therapiekonzepte, wo das „Fenster der Möglichkeiten“ für eine lokale Neuverdrahtung im Gehirn wieder geöffnet werden kann, was sich beispielsweise im Zusammenhang mit der Behandlung von Schlaganfällen oder der Entwicklung von Neuroprothesen als nützlich erweisen könnte.

Das Leibniz-Institut für Neurobiologie (LIN) in Magdeburg ist ein Zentrum für Lern- und Gedächtnisforschung.

Link zum Fachartikel “Enhanced cognitive flexibility in reversal learning induced by removal of the extracellular matrix in auditory cortex” von Happel, M.F.K., Niekisch, H., Castiblanco, L.L., Ohl, F.W., Deliano, M., und Frischknecht, R. in Proc Natl Acad Sci U S A. ; Online am 03.02. 2014: http://www.pnas.org/content/early/2014/01/29/1310272111.full.pdf+html

Constanze Seidenbecher | idw
Weitere Informationen:
http://www.lin-magdeburg.de
http://www.pnas.org/content/early/2014/01/29/1310272111.full.pdf+html

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Studien Analysen:

nachricht VDE analysiert Auswirkung der Digitalisierung auf die Arbeitswelt von Elektroingenieuren
29.06.2017 | VDE Verband der Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik e.V.

nachricht Studie zu sicherem Autofahren bis ins hohe Alter
19.06.2017 | Leibniz-Institut für Arbeitsforschung an der TU Dortmund

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Studien Analysen >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Der schärfste Laserstrahl der Welt

Physikalisch-Technische Bundesanstalt entwickelt einen Laser mit nur 10 mHz Linienbreite

So nah an den idealen Laser kam bisher noch keiner: In der Theorie hat ein Laser zwar genau eine einzige Farbe (Frequenz bzw. Wellenlänge). In Wirklichkeit...

Im Focus: Wellen schlagen

Computerwissenschaftler verwenden die Theorie von Wellenpaketen, um realistische und detaillierte Simulationen von Wasserwellen in Echtzeit zu erstellen. Ihre Ergebnisse werden auf der diesjährigen SIGGRAPH Konferenz vorgestellt.

Denkt man an einen See, einen Fluss oder an das Meer, so sieht man vor sich, wie sich das Wasser kräuselt, wie Wellen gegen die Felsen schlagen, wie Bugwellen...

Im Focus: Making Waves

Computer scientists use wave packet theory to develop realistic, detailed water wave simulations in real time. Their results will be presented at this year’s SIGGRAPH conference.

Think about the last time you were at a lake, river, or the ocean. Remember the ripples of the water, the waves crashing against the rocks, the wake following...

Im Focus: Schnelles und umweltschonendes Laserstrukturieren von Werkzeugen zur Folienherstellung

Kosteneffizienz und hohe Produktivität ohne dabei die Umwelt zu belasten: Im EU-Projekt »PoLaRoll« entwickelt das Fraunhofer-Institut für Produktionstechnologie IPT aus Aachen gemeinsam mit dem Oberhausener Fraunhofer-Institut für Umwelt-, Sicherheit- und Energietechnik UMSICHT und sechs Industriepartnern ein Modul zur direkten Laser-Mikrostrukturierung in einem Rolle-zu-Rolle-Verfahren. Ziel ist es, mit Hilfe dieses Systems eine siebartige Metallfolie als Demonstrator zu fertigen, die zum Sonnenschutz von Glasfassaden verwendet wird: Durch ihre besondere Geometrie wird die Sonneneinstrahlung reduziert, woraus sich ein verminderter Energieaufwand für Kühlung und Belüftung ergibt.

Das Fraunhofer IPT ist im Projekt »PoLaRoll« für die Prozessentwicklung der Laserstrukturierung sowie für die Mess- und Systemtechnik zuständig. Von den...

Im Focus: Das Auto lernt vorauszudenken

Ein neues Christian Doppler Labor an der TU Wien beschäftigt sich mit der Regelung und Überwachung von Antriebssystemen – mit Unterstützung des Wissenschaftsministeriums und von AVL List.

Wer ein Auto fährt, trifft ständig Entscheidungen: Man gibt Gas, bremst und dreht am Lenkrad. Doch zusätzlich muss auch das Fahrzeug selbst ununterbrochen...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Marine Pilze – hervorragende Quellen für neue marine Wirkstoffe?

28.06.2017 | Veranstaltungen

Willkommen an Bord!

28.06.2017 | Veranstaltungen

Internationale Fachkonferenz IEEE ICDCM - Lokale Gleichstromnetze bereichern die Energieversorgung

27.06.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Der schärfste Laserstrahl der Welt

29.06.2017 | Physik Astronomie

Maßgeschneiderte Nanopartikel gegen Krebs gesucht

29.06.2017 | Biowissenschaften Chemie

Wolken über der Wetterküche: Die Azoren im Fokus eines internationalen Forschungsteams

29.06.2017 | Geowissenschaften