Karten aus Nervenzellen

Neues aus der Forschung

Meldung vom 07.06.2018

Mäuse bewegen sich durch eine virtuelle Videospielwelt – und liefern Einsichten in Mechanismen der Gedächtnisbildung


180607-2228_medium.jpg
 
Mithilfe eines frei schwebenden Styroporballs bewegt sich die Maus durch die virtuelle Videospielwelt.
Thomas Hainmüller and Marlene Bartos (2018)
Parallel emergence of stable and dynamic memory engrams in the hippocampus
Nature
DOI: 10.1038/s41586-018-0191-2


Dr. Thomas Hainmüller und Prof. Dr. Marlene Bartos vom Institut für Physiologie der Universität Freiburg haben ein neues Erklärungsmodell aufgestellt, wie das Gehirn Erinnerungen an konkrete Erlebnisse speichert. Grundlage war ein Experiment, bei dem Mäuse in einer virtuellen Umgebung Orte aufsuchen, an denen sie eine Belohnung erhalten. Das Fachjournal „Nature“ hat die Studie veröffentlicht.

Ein paar Schritte nach vorn, stehenbleiben, umschauen. Die Wände, die in der Videospielwelt einen vier Meter langen Gang bilden, bestehen aus blau und grün gemusterten Quadern, der Boden ist türkisfarben gepunktet. Ein Stück entfernt liegt eine braune Scheibe, die an einen Keks erinnert: das Symbol für einen Belohnungsort. Die Maus steuert darauf zu, erreicht es, das Symbol verschwindet. Prompt erscheint das nächste etwas weiter den Gang entlang. Die Maus ist von Monitoren umgeben und steht auf einem Styroporball, der frei auf Druckluft schwebt und sich unter ihr dreht, wenn sie läuft. So ist es möglich, ihre Bewegungen auf die virtuelle Umgebung zu übertragen. Erreicht sie ein Belohnungssymbol, erhält sie über einen Strohhalm vor ihrer Schnauze einen Tropfen Sojamilch – und damit einen Anreiz, Erinnerungen an ihre Erlebnisse in der virtuellen Welt zu bilden: Sie lernt, wann und an welcher Stelle sie eine Belohnung bekommt und in welchem der unterschiedlichen Gänge der Videospielwelt sie sich gerade befindet.


 
Blick ins Gedächtnis: Die Nervenzellen leuchten in der Videoaufnahme auf, sobald sie aktiviert werden.

Gehirn unterm Spezialmikroskop

„Während die Maus ihre Umgebung erkundet, blicken wir mit einem Spezialmikroskop von außen in ihr Gehirn und zeichnen die Aktivität von Nervenzellen auf“, erklärt Thomas Hainmüller, Arzt und Doktorand im MD/PhD-Programm der Spemann Graduiertenschule für Biologie und Medizin (SGBM) der Universität Freiburg. Das funktioniert, weil der Kopf der Maus in Realität ruhig unter dem Mikroskop bleibt, während sie durch die Videospielwelt läuft. Ihre Nervenzellen sind durch genetische Manipulation so verändert, dass sie auf den Videoaufnahmen aufleuchten, sobald sie aktiv sind. Mit dieser Methode untersuchen Hainmüller und Marlene Bartos, Professorin für Systemische und Zelluläre Neurophysiologie, wie Erinnerungen gespeichert und abgerufen werden: „Wir setzen die Mäuse an aufeinanderfolgenden Tagen wiederholt in die virtuelle Welt ein“, sagt Hainmüller. „So können wir die Aktivität der Nervenzellen in verschiedenen Stadien der Gedächtnisbildung beobachten und vergleichen.“

Nervenzellen kodieren Orte

An der Bildung von Gedächtnisepisoden – also Erinnerungen an konkrete Erlebnisse – ist der Hippocampus, eine Gehirnregion, entscheidend beteiligt. Hainmüller und Bartos haben im Fachjournal „Nature“ eine Studie veröffentlicht, in der sie darlegen: Die Nervenzellen im Hippocampus bilden eine Karte der virtuellen Welt, in der einzelne Nervenzellen konkrete Orte im Videospiel kodieren. Frühere Studien am Universitätsklinikum Freiburg zeigten, dass Nervenzellen im Hippocampus bei Menschen solche Videospiele auf die gleiche Art kodieren. Die Zellen werden aktiviert und leuchten, wenn sich die Maus an dem jeweiligen Ort befindet, bleiben aber ansonsten dunkel. „Zu unserer Überraschung haben wir innerhalb des Hippocampus sehr unterschiedliche Karten gefunden“, berichtet Hainmüller. Sie liefern teilweise eine grobe Übersicht über die Position der Maus in einem Gang, teilweise berücksichtigen sie aber auch die Zeit sowie Kontextfaktoren, vor allem die Information, in welchem der Gänge sich die Maus befindet. Zudem verändern sich die Karten über die Versuchstage hinweg und lassen somit einen Lernprozess erkennen.



Gedächtnisbildung besser verstehen

Die Beobachtungen, so die Bilanz des Forschungsteams, liefern ein Erklärungsmodell dafür, wie Raum, Zeit und Kontext von Gedächtnisepisoden durch die Aktivität von Nervenzellen im Hippocampus abgebildet werden können. Die Erkenntnisse ermöglichen ein besseres Verständnis für die biologischen Vorgänge, die Gedächtnisbildung im Gehirn bewirken, sagt Hainmüller: „Langfristig möchten wir mit unseren Ergebnissen zur Entwicklung medikamentöser Therapien beitragen, die Menschen mit neurologischen und psychiatrischen Krankheiten helfen könnten.“



Diese Newsmeldung wurde erstellt mit Materialien von idw-online


News der letzten 2 Wochen


Meldung vom 17.01.2019 13:47

Mieser Fraß: Wie Mesozooplankton auf Blaualgenblüten reagiert

Warnemünder MeeresforscherInnen ist es mithilfe der Analyse von stabilen Stickstoff-Isotopen in Aminosäuren ...

Meldung vom 17.01.2019 13:41

Einblicke in das Wachstum einer tropischen Koralle

Kalkbildung in Korallen: Ein doppelter Blick und dreifache Messungen erlauben neue Einblicke in das Wachstum e ...

Meldung vom 17.01.2019 13:31

Plötzlich gealtert

Coralline Rotalgen gibt es seit 130 Millionen Jahren, also seit der Kreidezeit, dem Zeitalter der Dinosaurier. ...

Meldung vom 17.01.2019 13:19

Mehr Platz für Vögel und Schmetterlinge in der Landwirtschaft

Um den schwindenden Bestand von Vögeln und Schmetterlingen im Schweizer Kulturland wieder zu erhöhen, müsse ...

Meldung vom 17.01.2019 13:14

Ernst Haeckel als Erzieher

Biologiedidaktiker der Uni Jena geben Reprint der Dodel-Schrift „Ernst Haeckel als Erzieher“ mit heraus.

Meldung vom 17.01.2019 13:10

Das Ohr aus dem 3-D-Drucker

Aus Holz gewonnene Nanocellulose verfügt über erstaunliche Materialeigenschaften. Empa-Forscher bestücken d ...

Meldung vom 17.01.2019 13:04

Menschliche Darmflora durch Nanopartikel in der Nahrung beeinflussbar

Neue Studie der Universitätsmedizin Mainz über die (patho)biologischen Auswirkungen von Nanopartikeln auf da ...

Meldung vom 10.01.2019 19:47

Erster direkter Nachweis eines Wal jagt Wal - Szenarios in früheren Ozeanen

In einer im open-access Journal PLOS ONE publizierten Studie, liefern Manja Voss, Paläontologin am Museum fü ...

Meldung vom 10.01.2019 19:33

Zahnwechsel sorgt bei Elefanten für Jojo-Effekt

Das Gewicht von Zoo-Elefanten schwankt im Laufe ihres erwachsenen Lebens in einem Zyklus von etwa hundert Mona ...

Meldung vom 10.01.2019 19:24

Intensives Licht macht schläfrig

Insekten und Säugetiere besitzen spezielle Sensoren für unterschiedliche Lichtintensitäten. Diese nehmen ge ...

Meldung vom 10.01.2019 19:11

Alpenwanderung mit Folgen: Forscher verifizieren fast 70 Jahre alte genetische Hypothese

An einer Orchideen-Population in Südtirol belegen Forscher der Universitäten Hohenheim, Zürich und Wien die ...

Meldung vom 08.01.2019 17:54

Clevere Tiere upgraden ihr Genom

Puzzlestein in der Evolution der Tintenfische entschlüsselt - Kopffüßer wie Tintenfisch, Oktopus oder Nauti ...

Meldung vom 08.01.2019 17:45

Gekommen, um zu bleiben: Drachenwels aus Ostasien in der bayerischen Donau

Die bayerische Donau ist inzwischen Heimat für viele Fisch- und andere Tierarten, die ursprünglich nie dort ...

Meldung vom 08.01.2019 17:37

Entwicklung eines grösseren Gehirns

Ein Gen, das nur der Mensch besitzt und das in der Großhirnrinde aktiv ist, kann das Gehirn eines Frettchens ...

Meldung vom 07.01.2019 16:31

Bei Blaumeisen beeinflusst das Alter der Weibchen und die Legefolge die Qualität der Eier

Brütende Blaumeisen-Weibchen stimmen die Zusammensetzung ihrer Eier auf die Bedürfnisse der aus ihnen schlü ...

Meldung vom 07.01.2019 16:03

Phytolith- und Wassergehalt von Futterpflanzen beeinflussen Zahnschmelzabrieb von Wirbeltieren

Verschiedene Futterpflanzen reiben den Zahnschmelz von Wirbeltieren unterschiedlich stark ab, was unter andere ...



26.12.2018:
Baum der Schrecken
24.11.2018:
Wenn das Meer blüht
24.11.2018:
Durchsichtige Fliegen
15.11.2018:
Plastik im Fisch
03.10.2018:
Gestresste Pflanzen

13.08.2018:
Wie Vögel lernen
20.07.2018:
Magie im Reagenzglas

18.06.2018:
Primaten in Gefahr
28.05.2018:
Störche im Aufwind
07.05.2018:
Misteln atmen anders

27.03.2018:
Kenne Deinen Fisch!
01.09.2016:
Elefanten im Sinkflug
13.12.2015:
Leben ohne Altern
22.05.2014:
Lebensraum Käse
22.05.2014:
Domino im Urwald
04.04.2014:
Nationalpark Asinara
13.03.2014:
Trend-Hobby Imker
04.09.2013:
Harmloser Terrorvogel
07.02.2013:
Wie Bienen riechen

Newsletter

Neues aus der Forschung