Neu entdeckter Zustand des Gedächtnisses könnte helfen, Lern- und Hirnstörungen zu erklären

Gedächtnisforscher haben Licht in einen kognitiven Schwebezustand gebracht. Eine neue Erinnerung – zum Beispiel der Name einer Person, die man gerade kennengelernt hat – wird für Sekunden im so genannten Arbeitsgedächtnis gespeichert, während die Neuronen des Gehirns weiterfeuern. Wenn die Person für Sie wichtig ist, wird der Name im Laufe einiger Tage in Ihr Langzeitgedächtnis aufgenommen und durch dauerhaft veränderte neuronale Verbindungen gespeichert. Aber wohin geht er in den Stunden dazwischen, wenn er das normale Arbeitsgedächtnis verlassen hat und noch nicht im Langzeitgedächtnis verankert ist?

In Science zeigt ein Forscherteam, dass Erinnerungen aus dieser Vorhölle wiedererweckt werden können. Ihre Beobachtungen deuten auf eine neue Form des Arbeitsgedächtnisses hin, das sie als prioritäres Langzeitgedächtnis bezeichnen und das ohne erhöhte neuronale Aktivität existiert. In Übereinstimmung mit anderen neueren Arbeiten deutet die Studie darauf hin, dass Informationen irgendwie zwischen den Synapsen, die Neuronen verbinden, gespeichert werden können, selbst wenn das herkömmliche Arbeitsgedächtnis verblasst ist.

„Dies ist ein wirklich grundlegender Befund – es ist wie die dunkle Materie des Gedächtnisses“, sagt Geoffrey Woodman, ein kognitiver Neurowissenschaftler an der Vanderbilt University in Nashville, der nicht an der Arbeit beteiligt war. „Es ist schwer, sie wirklich zu sehen oder eindeutig zu messen, aber sie muss da sein.

Der kognitive Neurowissenschaftler Nathan Rose und seine Kollegen von der University of Wisconsin (UW) in Madison ließen die Probanden zunächst eine Reihe von Dias betrachten, die Gesichter, Wörter oder Punkte zeigten, die sich in eine Richtung bewegten. Sie verfolgten die daraus resultierende neuronale Aktivität mit Hilfe der funktionellen Magnetresonanztomographie (fMRT) und konnten mit Hilfe eines Algorithmus für maschinelles Lernen zeigen, dass sie die mit den einzelnen Elementen verbundene Gehirnaktivität klassifizieren konnten. Dann sahen die Versuchspersonen die Elemente in Kombination – zum Beispiel ein Wort und ein Gesicht -, wurden aber aufgefordert, sich nur auf ein Element zu konzentrieren. Zunächst zeigten sich die Gehirnsignaturen beider Gegenstände, wie in dieser Runde mit Elektroenzephalografie (EEG) gemessen wurde. Die neuronale Aktivität für den nicht ausgelösten Gegenstand sank jedoch schnell auf den Ausgangswert, als ob er vergessen worden wäre, während die EEG-Signatur des ausgelösten Gegenstands bestehen blieb, ein Zeichen dafür, dass er sich noch im Arbeitsgedächtnis befand. Dennoch konnten sich die Probanden schnell an das nicht abgefragte Element erinnern, wenn sie einige Sekunden später dazu aufgefordert wurden.

Rose, der vor kurzem von der UW zur University of Notre Dame in South Bend, Indiana, wechselte, und seine Kollegen wandten sich dann der transkraniellen Magnetstimulation (TMS) zu, einer nicht-invasiven Methode, die schnell wechselnde Magnetfelder verwendet, um einen elektrischen Stromimpuls an das Gehirn zu senden. Sie ließen die Versuchspersonen dieselbe Gedächtnisaufgabe durchführen und applizierten dann einen breiten TMS-Impuls, kurz nachdem die Signatur des nicht abgerufenen Gedächtniselements verblasst war. Die entsprechende neuronale Aktivität für das „vergessene“ Element stieg sprunghaft an, was zeigt, dass die Erinnerung aus ihrem latenten Zustand wieder ins unmittelbare Bewusstsein geholt wurde. Mehr noch, wenn die TMS direkt auf die Hirnareale abzielte, die ursprünglich für das nicht abgefragte Element aktiv waren, war die Reaktivierungsreaktion sogar noch stärker.

Die Studie geht nicht darauf ein, wie Synapsen oder andere neuronale Merkmale diese zweite Ebene des Arbeitsgedächtnisses halten können oder wie viele Informationen es speichern kann. „Es ist ein erster Schritt, um zu verstehen, wie wir uns Dinge ins Gedächtnis holen“, sagt Bradley Postle, kognitiver Neurowissenschaftler an der UW und Mitautor der Studie.

Woodman stimmt dem zu. „Gute Studien neigen dazu, mehr Fragen ans Licht zu bringen, als sie beantworten“, sagt er. „Diese Arbeit tut das auf jeden Fall.“ Letztlich, so Woodman, könnte dieser neue Gedächtniszustand eine Reihe praktischer Auswirkungen haben, von der Unterstützung von Studenten beim effizienteren Lernen bis hin zur Hilfe für Menschen mit gedächtnisbezogenen neurologischen Erkrankungen wie Amnesie, Epilepsie und Schizophrenie.

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