Zuletzt aktualisiert am 25. November 2022 um 15:41
Wie das Gehirn ein Dossier erstellt
Bestimmte Neuronen bei Mäusen seien dafür zuständig, eine Gedächtnisspur für neue Tiere zu erzeugen, so Studienautor Robert Malenka, Professor für Psychiatrie und Verhaltenswissenschaften an der prestigeträchtigen Stanford University. Der Geruch, das Gesicht und die Haltung eines neuen Tiers werden mit diesen Nervenzellen ins Gedächtnis eingeprägt. Im Laufe der Untersuchungen waren die Wissenschaftler in der Lage, die Aktivität dieser Neuronen zu regulieren. Malenka: „Wir konnten ändern, wie gut sich Tiere später an dieses neue Individuum erinnern.“
Mäuse leben wie die Menschen in sozialen Gruppen. „Sie müssen sich schnell daran erinnern können, ob ein anderes Tier ein Familienmitglied, ein ehemaliger Angreifer oder ein potenzieller Partner usw. ist“, betonte Studienautor Dr. Xiaoting Wu, Forscher in Malenkas Labor. Der Beweis für dieses Erinnerungsvermögen sei „wirklich aufregend, weil er das allererste Stadium des sozialen Gedächtnisses darstellt – eine Fähigkeit, sich an neue Individuen zu erinnern, auf die dann durch zukünftige Erfahrungen aufgebaut werden kann.“
Die neue Studie ergänzt bereits früher veröffentlichte Arbeiten des Malenka-Labors. Sie zeigt, wie Serotonin und andere Substanzen die soziale Kognition im Gehirn kontrollieren. Damit stellt sie einen vielversprechenden Schritt in Richtung zielgerichteter Behandlungen dar, die eines Tages die beeinträchtigten sozialen Funktionen bei Störungen wie Autismus und Depression und posttraumatischer Belastungsstörung (PTSD) verbessern könnten.
Seit Jahren untersuchen Neurowissenschaftler, wie neuronale Schaltkreise im Gedächtniszentrum des Gehirns, dem Hippocampus, die Bildung vielschichtiger sozialer Erinnerungen unterstützen. Wu, Malenka und Kollegen wollten wissen, wie diese sozialen „Dossiers“ entstehen, wenn ein Tier zum ersten Mal ein neues Individuum trifft.
Unter der Leitung von Wu konzentrierten sich die Forscher auf eine tropfenförmige Ansammlung von Neuronen in der Nähe des Zentrums des Gehirns – das sogenannte mediale Septum. Sie erwies sich bei sozialen Begegnungen zwischen zwei unbekannten Mäusen als besonders aktiv.
Sind Zellen des medialen Septums wirklich an der Fähigkeit von Tieren beteiligt, sich an neue Individuen zu erinnern? Um die Antwort auf diese Frage zu finden, modifizierten die Forscher diese Zellen genetisch so, dass sie auf ein Paar spezieller Wirkstoffe reagieren – eine zur Aktivierung der Zellen und eine zum Ausschalten. Dann injizierten sie Mäusen eines dieser Medikamente, bevor sie eine unbekannte Maus trafen.
Normalerweise sind Mäuse sehr neugierig auf neue Individuen. Bei der ersten Begegnung berühren sie Schnurrhaare und schnüffeln an ihnen. Nach dieser ersten Kontaktaufnahme gehen die Tiere weitestgehend in ihren eigenen Bereich zurück. An diese erste Begegnung erinnern sich die Tiere jedoch mindestens eine halbe Stunde lang deutlich, denn das Wiedersehen mit demselben Tier macht sie nicht annähernd so aufgeregt: Das gleiche pelzige Gesicht, das man gerade kennengelernt hat – hier gibt es nichts Neues zu sehen.
Aber als die Forscher kurz vor der Einführung eines neuen Tieres ein Medikament zur selektiven Hemmung von Nervenzellen des medialen Septums verwendeten, verhinderten sie die Bildung dieser sozialen Erinnerungen. Das erste Treffen verlief normal. Aber als sich die Tiere nur wenige Minuten später wieder trafen, verhielt sich die manipulierte Maus so, als hätte sie das andere Tier noch nie zuvor gesehen.
Auf der anderen Seite löste die Verwendung eines anderen Medikaments zur selektiven Verstärkung der medialen Septumaktivität während des ersten Treffens der Tiere ein superstarkes soziales Gedächtnis aus: Normalerweise vergessen Mäuse eine erste Begegnung innerhalb von ein paar Stunden. Aber die behandelten Mäuse erkannten ihre neue Bekanntschaft sogar 24 Stunden später.
Nachdem die Forscher gezeigt hatten, dass diese medialen Septumneuronen für die Bildung neuer sozialer Erinnerungen entscheidend sind, konzentrierten sie sich auf die Art und Weise, wie diese Erinnerungen gespeichert werden. Sie verfolgten mediale Septumneuronprojektionen in die Region des Hippocampus, in der soziale Erinnerungen vermutet werden. Dort untersuchten sie, wie die Aktivierung dieser Projektionen während sozialer Begegnungen die synaptischen Verbindungen in diesem Bereich stärkt.
Malenka vermutet, dass „diese verstärkten Verbindungen eine neue Erinnerung für das unbekannte Individuum erschaffen“. Der Hippocampus könne dann mehr Kontext hinzufügen, wenn die Tiere wieder aufeinandertreffen.
Anschließend wollte das Team auch wissen, was die Aktivität medialer Septumzellen bei sozialen Begegnungen überhaupt auslöst. Die wachsenden Forschungsergebnisse des Malenka-Labors zur Rolle des Neurotransmitters Serotonin in der sozialen Kognition gab dem Team die Richtung für die Forschungen.
Durch eine umfassende Reihe von Experimenten zeigten die Forscher,
- dass Serotonin-produzierende Neuronen im Hirnstamm die neuromodulatorische Chemikalie während neuartiger sozialer Begegnungen im ganzen Gehirn freisetzen;
- dass diese Freisetzung mediale Septumneuronen über einen bestimmten Subtyp eines Serotonin-empfindlichen Rezeptormoleküls stimuliert;
- und dass das Blockieren entweder der Serotoninfreisetzung oder der Aktivierung dieses Rezeptormoleküls im medialen Septum die Bildung neuer sozialer Erinnerungen verhindert.
In ähnlicher Weise demonstrierten die Forscher, dass soziale Erinnerungen zehnmal länger anhalten können. Dafür verstärkten sie die Serotonin-Signalgebung während einer ersten sozialen Begegnung – entweder durch die Stimulierung der Serotoninproduktion oder durch direkte Injektion eines Medikaments in das Septum, das spezifische Serotoninrezeptoren aktiviert.
Die Bildung neuer sozialer Erinnerungen hängt nach Auskunft der Wissenschaftler von nur einem der 16 verschiedenen Typen von Serotonin-Rezeptormolekülen ab, die im gesamten Nervensystem verwendet werden. Das sei vielversprechend für eine mögliche Übertragung auf menschliche psychiatrische Erkrankungen.
„Wir wissen, dass Probleme mit dem sozialen Gedächtnis bei Störungen wie Depressionen und PTSD zu einem Problem werden können“, sagte Wu: „Das Schöne an diesen Ergebnissen ist, dass Sie sich vorstellen können, Medikamente zu verwenden, die nur auf diese spezielle Art von Serotonin-Rezeptoren im medialen Septum abzielen, um soziale Gedächtnisdefizite zu verbessern, ohne andere Serotonin-Signale im ganzen Körper zu beeinträchtigen.“
Serotonin ist wahrscheinlich am besten für seine Rolle bei Depressionen bekannt. Serotonin-Wiederaufnahmehemmer lindern Depressionen durch eine Erhöhung des Neuromodulators im gesamten Gehirn. Bisher waren die genauen Funktionen des Neurotransmitters bemerkenswert schwer zu bestimmen. Der Neurotransmitter wird von einer Ansammlung von Neuronen im Hirnstamm produziert und im gesamten Gehirn und Nervensystem freigesetzt. Unter anderem spielt er eine Rolle bei der Regulierung von Stimmung, Hunger, Aggression, Schlaf, Übelkeit und Verdauung.
„Ich denke, es wird immer offensichtlicher, dass es nicht gerechtfertigt ist, Neuromodulatoren wie Serotonin eine ‚globale‘ Funktion zuzuschreiben. Um ihre Rolle bei der normalen Gehirnfunktion und bei Krankheiten zu verstehen, müssen wir den spezifischen Kontext der Gehirnregionen verstehen, in denen sie wirken“, sagte Malenka.
„Wir arbeiten daran, ein grundlegendes Verständnis der neuronalen Funktionen zu etablieren, die bei psychiatrischen Störungen, die die Geselligkeit und die soziale Kognition beeinträchtigen, schiefgehen“, sagte Malenka. „Ich glaube, dies ist unsere einzige Hoffnung, Behandlungen für einige der komplexesten und schwächendsten Symptome psychischer Erkrankungen zu etablieren.“
Quelle:
Wu X, Morishita W, Beier KT, Heifets BD, Malenka RC. 5-HT modulation of a medial septal circuit tunes social memory stability. Nature. 2021 Oct 6. doi: 10.1038/s41586-021-03956-8. Epub ahead of print. PMID: 34616037. (https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/34616037/)
