Dendritische Spines: Der Schlüssel zur zeitlichen Verknüpfung von Erinnerungen

MÜNCHEN (IT BOLTWISE) – Die Art und Weise, wie unser Gehirn Erinnerungen verknüpft, ist ein faszinierendes Thema der Neurowissenschaften. Eine neue Studie hat nun aufgedeckt, dass diese Verknüpfungen nicht in den Zellkörpern der Neuronen, sondern in ihren dendritischen Fortsätzen stattfinden.

Die Entdeckung, dass Erinnerungen, die zeitlich nah beieinander liegen, physisch in den dendritischen Spines von Neuronen verknüpft werden, eröffnet neue Perspektiven auf das Verständnis von Gedächtnisprozessen. Diese Erkenntnis stammt aus Studien an Mäusen, bei denen Forscher die Gedächtnisbildung mithilfe fortschrittlicher Bildgebungstechniken beobachteten. Miniaturisierte Mikroskope ermöglichten es, die Aktivität einzelner Zellen in lebenden Tieren zu verfolgen.

Die Studie zeigt, dass Erinnerungen in dendritischen Kompartimenten gespeichert werden. Wenn eine Erinnerung gebildet wird, werden die betroffenen Dendriten darauf vorbereitet, neue Informationen aufzunehmen, die innerhalb der nächsten Stunden eintreffen. Dadurch werden Erinnerungen, die zeitlich nah beieinander liegen, miteinander verknüpft. “Wenn man sich ein Neuron als Computer vorstellt, sind Dendriten wie kleine Computer darin, die jeweils ihre eigenen Berechnungen durchführen”, erklärt Megha Sehgal, Assistenzprofessorin für Psychologie an der Ohio State University.

Sehgals Forschung, die kürzlich in der Fachzeitschrift Nature Neuroscience veröffentlicht wurde, zielt darauf ab, zu verstehen, wie wir mehrere Erinnerungen organisieren. “Die Idee ist, dass wir Erinnerungen nicht isoliert bilden. Man nutzt eine Erinnerung, um ein Rahmenwerk von Erinnerungen zu schaffen, aus dem man bei Bedarf adaptive Entscheidungen treffen kann”, sagt sie.

Neuronen, die Hauptzellen des Gehirns, sind bekannt dafür, Informationen zu kodieren und weiterzuleiten. Dendriten, die verzweigten Fortsätze der Neuronen, spielen eine entscheidende Rolle bei der Informationsverarbeitung, indem sie eingehende Informationen empfangen und an den Zellkörper weiterleiten. Doch Dendriten sind nicht nur passive Kanäle – jeder dendritische Ast kann als unabhängige Recheneinheit fungieren.

In Experimenten, bei denen Mäuse innerhalb kurzer Zeit zwei verschiedenen Umgebungen ausgesetzt wurden, stellte das Team fest, dass die Erinnerungen an diese Räume miteinander verknüpft wurden. Wenn Mäuse in einem dieser Räume einen leichten Schock erhielten, erstarrten sie aus Angst in beiden Umgebungen, da sie den Schock aus einem Raum mit dem anderen assoziierten.

Die Studie konzentrierte sich auf den retrosplenialen Cortex (RSC), eine Hirnregion, die für räumliches und kontextuelles Gedächtnis entscheidend ist. Die Forscher beobachteten, dass verknüpfte Erinnerungen konsistent dieselben Gruppen von RSC-Neuronen und deren dendritische Äste aktivierten. Die Bildung neuer Erinnerungen löste die Bildung von gruppierten dendritischen Spines aus, ein Prozess, der entscheidend für die Stärkung der Kommunikation zwischen Neuronen und das Lernen ist.

Um die Rolle der Dendriten bei der Verknüpfung von Erinnerungen zu bestätigen, nutzte das Team Optogenetik, eine Technik, die es Forschern ermöglicht, Neuronen mit Licht zu steuern. Durch die Reaktivierung spezifischer dendritischer Segmente, die während der Gedächtnisbildung aktiv waren, konnten sie ansonsten nicht zusammenhängende Erinnerungen verknüpfen. Dies unterstreicht die Bedeutung dendritischer Veränderungen bei der Bildung von Gedächtnisnetzwerken.

Diese Erkenntnisse eröffnen neue Wege für das Verständnis von Gedächtnisstörungen. “Unsere Arbeit erweitert nicht nur unser Verständnis darüber, wie Erinnerungen gebildet werden, sondern schlägt auch spannende neue Möglichkeiten vor, höhere Gedächtnisprozesse zu manipulieren”, sagt Sehgal. “Dies könnte Auswirkungen auf die Entwicklung von Therapien für Gedächtnisstörungen wie Alzheimer haben.”

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