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 Weltweit erste Therapiemöglichkeit für Kinderdemenz CLN2 entwickelt
25.04.2018 | Universitätsklinikum Hamburg-Eppendorf

nachricht Tabakrauchen verkalkt Arterien stärker als reiner Cannabis-Konsum
11.04.2018 | Universität Bern

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: Bose-Einstein-Kondensat im Riesenatom - Universität Stuttgart untersucht exotisches Quantenobjekt

Passt eine ultrakalte Wolke aus zehntausenden Rubidium-Atomen in ein einzelnes Riesenatom? Forscherinnen und Forschern am 5. Physikalischen Institut der Universität Stuttgart ist dies erstmals gelungen. Sie zeigten einen ganz neuen Ansatz, die Wechselwirkung von geladenen Kernen mit neutralen Atomen bei weitaus niedrigeren Temperaturen zu untersuchen, als es bisher möglich war. Dies könnte einen wichtigen Schritt darstellen, um in Zukunft quantenmechanische Effekte in der Atom-Ion Wechselwirkung zu studieren. Das renommierte Fachjournal Physical Review Letters und das populärwissenschaftliche Begleitjournal Physics berichteten darüber.*)

In dem Experiment regten die Forscherinnen und Forscher ein Elektron eines einzelnen Atoms in einem Bose-Einstein-Kondensat mit Laserstrahlen in einen riesigen...

Im Focus: Algorithmen für die Leberchirurgie – weltweit sicherer operieren

Die Leber durchlaufen vier komplex verwobene Gefäßsysteme. Die chirurgische Entfernung von Tumoren ist daher oft eine schwierige Aufgabe. Das Fraunhofer-Institut für Bildgestützte Medizin MEVIS hat Algorithmen entwickelt, die die Bilddaten von Patienten analysieren und chirurgische Risiken berechnen. Leberkrebsoperationen werden damit besser planbar und sicherer.

Jährlich erkranken weltweit 750.000 Menschen neu an Leberkrebs, viele weitere entwickeln Lebermetastasen aufgrund anderer Krebserkrankungen. Ein chirurgischer...

Im Focus: Positronen leuchten besser

Leuchtstoffe werden schon lange benutzt, im Alltag zum Beispiel im Bildschirm von Fernsehgeräten oder in PC-Monitoren, in der Wissenschaft zum Untersuchen von Plasmen, Teilchen- oder Antiteilchenstrahlen. Gleich ob Teilchen oder Antiteilchen – treffen sie auf einen Leuchtstoff auf, regen sie ihn zum Lumineszieren an. Unbekannt war jedoch bisher, dass die Lichtausbeute mit Elektronen wesentlich niedriger ist als mit Positronen, ihren Antiteilchen. Dies hat Dr. Eve Stenson im Max-Planck-Institut für Plasmaphysik (IPP) in Garching und Greifswald jetzt beim Vorbereiten von Experimenten mit Materie-Antimaterie-Plasmen entdeckt.

„Wäre Antimaterie nicht so schwierig herzustellen, könnte man auf eine Ära hochleuchtender Niederspannungs-Displays hoffen, in der die Leuchtschirme nicht von...

Im Focus: Erklärung für rätselhafte Quantenoszillationen gefunden

Sogenannte Quanten-Vielteilchen-„Scars“ lassen Quantensysteme länger außerhalb des Gleichgewichtszustandes verweilen. Studie wurde in Nature Physics veröffentlicht

Forschern der Harvard Universität und des MIT war es vor kurzem gelungen, eine Rekordzahl von 53 Atomen einzufangen und ihren Quantenzustand einzeln zu...

Im Focus: Explanation for puzzling quantum oscillations has been found

So-called quantum many-body scars allow quantum systems to stay out of equilibrium much longer, explaining experiment | Study published in Nature Physics

Recently, researchers from Harvard and MIT succeeded in trapping a record 53 atoms and individually controlling their quantum state, realizing what is called a...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

48V im Fokus!

21.05.2018 | Veranstaltungen

„Data Science“ – Theorie und Anwendung: Internationale Tagung unter Leitung der Uni Paderborn

18.05.2018 | Veranstaltungen

Visual-Computing an Bord der MS Wissenschaft

17.05.2018 | Veranstaltungen

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

48V im Fokus!

21.05.2018 | Veranstaltungsnachrichten

Bose-Einstein-Kondensat im Riesenatom - Universität Stuttgart untersucht exotisches Quantenobjekt

18.05.2018 | Physik Astronomie

Countdown für Kilogramm, Kelvin und Co.

18.05.2018 | Physik Astronomie

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