Science
18.08.2016

Total Recall? Eher kommt Arnold jetzt durch die Tür

Die Neurowissenschaftlerin Sheena Josselyn erforscht, wie Erlebnisse im Hirn gespeichert werden. Bei Mäusen hat sie im Experiment bereits Erinnerungen abgerufen oder gelöscht.

Sheena Josselyn versucht unter anderem an der University of Toronto zu ergründen, wie Erinnerungen im Gehirn entstehen. Dazu macht sie Versuche mit Mäusen. Einfache Erinnerungen, etwa konditionierte Reiz-Reaktionen, können im Experiment durch elektrische Manipulation des Gehirns abgerufen oder auch aus dem Gedächtnis gelöscht werden.

Dass Menschen sich eines Tages wie im Film "Total Recall" falsche Erinnerungen einpflanzen lassen können, glaubt Josselyn nicht, auch wenn andere Forscher in Tierversuchen bereits entsprechende Ansätze finden konnten. Dafür könnte ein besseres Verständnis der Erinnerungsvermögens bei der Behandlung von neurologischen Erkrankungen helfen oder auch bei der Überwindung von Abhängigkeiten. Die futurezone hat nachgefragt.

futurezone: Was ist eine Erinnerung?
Sheena Josselyn: Wir alle wissen, wie wir uns an Fakten oder Erlebnisse erinnern. Wie Erfahrungen im Hirn gespeichert werden, wird aber erst langsam erforscht. Heute wissen wir, dass jede Erinnerung in einer bestimmten Neuronenpopulation gespeichert wird, die wir auch Engramm nennen. Wenn wir uns erinnern, werden die Neuronen, die beim Speichern aktiv waren, wieder aktiviert.

Kann ein Neuron dabei auch an mehreren Erinnerungen beteiligt sein?
Menschen und Tiere können tausende Erinnerungen speichern. Wenn ein Vater sich an den Geburtstag seines Sohns erinnert, können vereinfacht gesagt etwa die Neuronen A, B und C involviert sein. Wenn er sich an einen anderen Geburtstag erinnert, sind es vielleicht D, E und F. A kann in verschiedenen Engrammen vorkommen, aber nur die Kombination A, B und C codiert den spezifischen Geburtstag. Die Kombination ist der Schlüssel. Ob das bei komplexen Erinnerungen genauso abläuft, wissen wir noch nicht sicher, wir arbeiten aber daran.

Ist neben dem räumlichen Netzwerk auch ein zeitliches Muster beteiligt?
Wir haben in unseren Experimenten nur die räumliche Verteilung beobachtet. Hier funktioniert das auch ohne die Zeitkomponente, weil das Gehirn einen gewissen Spielraum gewährt. Bei komplexen Erinnerungen könnte das anders sein. Sowohl räumliche als auch zeitliche Muster spielen wohl für das Gedächtnis eine wichtige Rolle. Die Intervalle, in denen die Neuronen feuern, sind also ebenfalls interessant.

Das würde auch die Speicherdichte erhöhen.
So ist es.

Wo werden Erinnerungen gespeichert?
Engramme sind über das ganze Gehirn verteilt. Wir haben bislang nur die laterale Amygdala untersucht. Über Netzwerke, die hirnweit aktiv sind, können wir noch nichts sagen. In der von uns untersuchten Region gibt es etwa 100.000 Neuronen, bei unseren Experimenten haben wir vielleicht zehn Prozent davon manipuliert. Wie viele Nervenzellen an einer Erinnerung beteiligt sind, lässt sich nicht genau sagen. Es kann sein, dass uns noch einige Überraschungen erwarten und die Speicherung von Erinnerungen komplexer ist, als gedacht.

Könnten Strukturen wie Engramme auch eine Rolle bei anderen Hirnfunktionen spielen? Ist das Bewusstsein auch ein solches Muster?
Bewusstsein ist eine schwierige Frage. Es könnte sein, dass es die Weiterentwicklung von Erinnerungen ist, aber das ist nicht Teil unserer Arbeit.

Wie erforschen Sie die Erinnerung von Mäusen?
Wir haben uns mit Angst-Erinnerungen beschäftigt, indem wir mit milden Elektroschocks gearbeitet haben. Manchmal sind zwei Erinnerungen verknüpft, etwa wenn auf einer Geburtstagsparty ein bestimmtes Ereignis eintritt. Dann erinnern wir uns immer an die Kombination. Wir haben uns gefragt, wie das funktioniert. Es hat sich herausgestellt, dass es angeregte Neuronen sind, die eine Erinnerung erfassen. Wir haben herausgefunden, dass zwei Erinnerungen verknüpft werden können, wenn sie innerhalb von sechs Stunden auftreten, weil die Neuronen der Population aus Erinnerung eins angeregt bleiben und dann auch bei Erinnerung zwei eine Rolle spielen können. Nach sechs Stunden sind an neuen Erinnerungen andere Neuronen beteiligt.

Ihre Versuche haben sich auf einfache Erinnerungen an Kausalzusammenhänge konzentriert, eine Art der Konditionierung.
Wir haben vor allem Konditionierungsvorgänge untersucht, wie beim pawlowschen Hund. Durch die Kombination eines schwachen Elektroschocks am Fuß der Maus mit einem Ton haben wir eine solche Verknüpfung geschaffen. Wir haben dann festgestellt, dass es zwischen den Populationen für die beiden Erinnerungen Überschneidungen gab. Ist es einmal Teil einer Population, bleibt ein Neuron sechs Stunden lang angeregt. Allein durch elektrische Aktivierung der entsprechenden Engramms im Gehirn der Mäuse konnten wir dann eine Angstreaktion auslösen, ohne den Ton zu spielen. Wir können Neuronen heute schon sehr gezielt überwachen und ansprechen.

Können auch komplexere Erinnerungen, etwa Fähigkeiten, die Mäuse oder Menschen erlernt haben, so manipuliert werden?
Erlernte Fähigkeiten sind unser Fernziel als Studienobjekt. Hier werden vermutlich räumliche und zeitliche Muster unter den beteiligten Neuronen eine Rolle spielen. Ich mache hier aber keine Werbung für die Implantation von Elektroden in menschliche Gehirne. Wenn wir verstehen, wie Erinnerungen in gesunden Gehirnen entstehen, könnte das aber auch im Kampf gegen Alzheimer, Schizophrenie und andere neurologische Erkrankungen helfen. Neue Ansätze können nur entstehen, wenn wir wissen, wie die Hirnprozesse normalerweise ablaufen. Wenn eine Zelle tot ist, ist es schwer, sie zu ersetzen. Aber bevor die Neurodegeneration einsetzt, können wir vielen Patienten vielleicht helfen, sich zu erinnern und Erinnerungen zu nutzen.

Ist es möglich, Menschen wie im Film Total Recall falsche Erinnerungen einzupflanzen, etwa an einen Urlaub, den sie nie gemacht haben?
Dass Erinnerungen wie in Total Recall eingepflanzt werden, ist unwahrscheinlich. Eher kommt Arnold Schwarzenegger jetzt durch meine Tür.

Aber die Erkenntnisse aus den Tierversuchen lassen sich auf Menschen übertragen?
Der Sprung von Mäusen zu Menschen ist nicht so groß. Die Natur hat viele Mechanismen konserviert, so dass die Gedächtnisse ähnlich funktionieren.

Es gab schon Versuche, bei denen Mäusen Erinnerungen implantiert wurden.
Es wurden schon falsche Erinnerungen implantiert, etwa von Kollegen vom MIT. Sie haben eine falsche Verknüpfung hergestellt, zwischen einem Ort und einem schwachen Elektroschock. Dann hat die Maus den Ort gemieden, obwohl sie dort nie einen Schock bekommen hat. Es wurde also eine falsche Erinnerung erzeugt. Das ist ganz aktuelle Forschung.

Sie haben in Mäusen schon Erinnerungen gelöscht. Wie funktioniert das?
Wir haben uns angesehen, wie es mit Erinnerungen an Belohnungen aussieht. Wir wissen beispielsweise, dass Menschen sich sehr gut an ihre erste Erfahrung mit Drogen erinnern. Die Vermutung ist, dass diese erste positive Erinnerung ein Treiber der Sucht sein könnte und nachfolgende negative Erinnerungen überlagert. Im Experiment haben wir im Mäusehirn durch Konditionierung eine Verknüpfung zwischen Kokain und einen Ort erzeugt. Wenn wir die betreffende Neuronenpopulation anschließend ausgelöscht haben, haben die Mäuse keine Präferenz mehr für diesen speziellen Ort.

Wurde so die Sucht gelöscht?
Die Mäuse waren nicht abhängig, dazu haben sie zu wenige Kontakt mit dem Kokain gehabt. Ob nur die Verbindung zwischen Kokain und Ort oder auch die Erinnerung an das Kokain selber ausgelöscht wurde, wissen wir nicht mit Sicherheit. Die Ergebnisse legen allerdings nahe, dass Erinnerungen ein wichtiger Faktor beim Entstehen von Sucht sein könnten.

Wie konnten Sie die Erinnerung selektiv löschen?
Wir haben die Neuronen getötet, indem wir die betreffenden Zellen mit einem Rezeptor aus Affenhirnen versehen haben, der an ein bestimmtes Toxin bindet, das keinen Effekt auf Mäuse hat. Mit diesem Gift konnten wir die Population dann selektiv auslöschen.

Was ist ihr nächstes Ziel?
Derzeit beschäftigen wir uns mit verschiedenen anderen Regionen des Gehirns, außerhalb der Amygdala und untersuchen dort Engramme.