Wie das Gehirn Erinnerungen mit räumlichen Zellen verankert

MÜNCHEN (IT BOLTWISE) – Die faszinierende Welt der Neurowissenschaften hat einen bedeutenden Fortschritt erzielt: Forscher haben ein Modell entwickelt, das erklärt, wie das Gehirn räumliche und episodische Erinnerungen verankert. Diese Entdeckung könnte weitreichende Auswirkungen auf unser Verständnis von Gedächtnisprozessen haben.

In der Neurowissenschaft ist seit langem bekannt, dass der Hippocampus eine zentrale Rolle bei der Speicherung von Erinnerungen spielt. Neuere Forschungen haben gezeigt, dass sogenannte Ortszellen im Hippocampus nicht nur für die Speicherung räumlicher Informationen verantwortlich sind, sondern auch für episodische Erinnerungen. Diese Erkenntnis wirft ein neues Licht auf die Art und Weise, wie unser Gehirn Erinnerungen organisiert und abruft.

Ein Forscherteam des MIT hat ein Modell entwickelt, das die Interaktion zwischen Ortszellen im Hippocampus und Gitterzellen im entorhinalen Kortex beschreibt. Diese Zellen bilden ein Gerüst, das Erinnerungen mit spezifischen neuronalen Mustern verknüpft. Dieses Modell spiegelt biologische Gedächtnissysteme wider und erklärt Phänomene wie den allmählichen Gedächtnisverfall und die Technik der Gedächtnispaläste.

Im Gegensatz zu älteren Modellen, die das Problem eines ‘Gedächtnisabbruchs’ aufwiesen, bei dem das Hinzufügen neuer Erinnerungen alte löscht, ermöglicht dieses neue Modell eine sequentielle und flexible Erinnerung. Es bietet Einblicke, wie räumliche und episodische Erinnerungen koexistieren und sich gegenseitig beeinflussen.

Die Forscher, darunter Professorin Ila Fiete vom MIT, haben gezeigt, dass die Interaktion zwischen Gitterzellen und Hippocampus als Gerüst für die Speicherung sowohl räumlicher als auch episodischer Erinnerungen dienen kann. Jedes Aktivierungsmuster innerhalb des Gitters definiert einen ‘Brunnen’, der als Zeiger auf eine spezifische Erinnerung fungiert, die in den Synapsen zwischen Hippocampus und sensorischem Kortex gespeichert ist.

Dieses Modell repliziert mehrere Gedächtnisphänomene genauer als bestehende Modelle, die auf Hopfield-Netzwerken basieren. Während Hopfield-Netzwerke Einblicke in die Bildung von Erinnerungen durch die Stärkung von Verbindungen zwischen Neuronen bieten, modellieren sie nicht perfekt, wie biologisches Gedächtnis funktioniert.

Die neue MIT-Studie zeigt, dass das Gedächtnis im Gehirn nicht abrupt endet, sondern allmählich die Details älterer Erinnerungen vergisst, während neue kontinuierlich hinzugefügt werden. Dies erklärt auch die Mechanismen hinter der Strategie der Gedächtnispaläste, bei der Erinnerungen mit räumlichen Umgebungen verknüpft werden, um die Erinnerung zu stärken.

Die Forscher planen nun, auf ihrem Modell aufzubauen, um zu erforschen, wie episodische Erinnerungen in kortikale ‘semantische’ Erinnerungen umgewandelt werden könnten, und wie gehirnähnliche Gedächtnismodelle in moderne maschinelle Lernsysteme integriert werden könnten.