Großhirnrinde früher als gedacht an Speicherung von Informationen beteiligt

Die Großhirnrinde wird offenbar schon früher als bislang gedacht bei Lernvorgängen einbezogen. Das berichtet ein Forschungsteam der Universität Tübingen und des Tübinger Max-Planck-Instituts für biologische Kybernetik um Svenja Brodt, Steffen Gais und Monika Schönauer in der Fachzeitschrift Science (2018; doi: 10.1126/science.aau2528).

Traditionelle Modelle gehen davon aus, dass es im Gehirn 2 Gedächtnissysteme gibt: zum einen den Hippocampus, der große Informationsmengen schnell aufnimmt, und zum anderen die Großhirnrinde, in der sich Gedächtnisspuren nur langsam aber stabil entwickeln. Die Wissenschaftler konnten mit hochauflösenden bildgebenden Verfahren jetzt nachweisen, dass die Großhirnrinde schon früh bei Lernvorgängen hinzugezogen wird. Damit muss das Modell revidiert werden, nach dem dieser Bereich des Gehirns nur langsam lernt.

Die Wissenschaftler stellten ihren Probanden eine Lernaufgabe, in der diese sich in mehreren Runden Objektpaare und deren räumliche Anordnung auf einem Bildschirm einprägen mussten, ähnlich wie bei dem Gesellschaftsspiel „Memory“. Während sie diese Aufgabe ausführten, wurde ihre Gehirnaktivität in einem Magnetreso­nanz­tomografen (MRT) aufgezeichnet.

Zusätzlich führten die Wissenschaftler eine spezielle Messung durch, die die Feinstruktur des Gewebes abbildet. Sie setzten dabei ein sogenanntes Diffusions-MRT ein, bei dem die Stärke der Bewegung von Wassermolekülen im Gehirn quantitativ dargestellt wird. Da die Wasserbewegungen durch Zellmembranen eingeschränkt werden, erhielten die Wissenschaftler aus dem Bewegungsbild nach eigenen Angaben im Rückschluss detaillierte Informationen über die Gewebestruktur.

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Die Messungen wurden zu 3 Zeitpunkten durchgeführt: unmittelbar vor der Lern­aufgabe, 90 Minuten und 12 Stunden danach. „Durch den Vergleich der Diffusions­aufnahmen vor und nach dem Lernen mit einer Kontrollbedingung können wir Rückschlüsse auf kleinste Veränderungen in der Gewebestruktur ziehen, die durch den Lernvorgang verursacht wurden“, erklärte Svenja Brodt, die Erstautorin der Studie. Dadurch ließen sich Gedächtnisspuren auch später noch im inaktiven Zustand beobachten, nachdem die Lernaufgabe abgeschlossen ist.

Mithilfe der Diffusionsbildgebung konnten die Forscher auf diese Weise bereits 90 Minuten nach dem Lernprozess strukturelle Veränderungen in der Großhirnrinde messen und zwar in jenen Regionen, die während der Lernaufgabe starke gedächtnis­bezogene Aktivität gezeigt hatten. Die größten Veränderungen zeigte der hintere Teil des Scheitellappens, der posteriore Parietalkortex. Je stärker diese Veränderungen waren, desto besser konnten sich die Probanden die Objektpaare langfristig merken.

„Diese Strukturveränderungen sind kein kurzfristiges Nebenprodukt einer erhöhten Zellaktivität während des Lernens, da sie über mindestens 12 Stunden stabil bleiben“, so die Studienleiterin Monika Schönauer. Die neuen Erkenntnisse böten eine Erklärung dafür, dass es selbst Patienten mit Schädigungen im Hippocampus teilweise möglich sei, neue Informationen zu lernen und zu behalten, erläuterte der Leiter der Arbeitsgruppe, Steffen Gais.