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Die Neurowissenschaftler der BU hoffen, neue Wege zur Behandlung von Gedächtnisstörungen aufzudecken

Sie wissen es vielleicht nicht, aber jedes Mal, wenn Sie sich an eine Erinnerung erinnern – wie zum Beispiel Ihr erstes Mal, als Sie Fahrrad gefahren sind oder zu Ihrem Highschool-Abschlussball gegangen sind –, verändert Ihr Gehirn die Erinnerung ganz geringfügig. Es ist fast wie das Hinzufügen eines Instagram-Filters, bei dem bei jedem Rückruf Details ausgefüllt und Informationen aktualisiert werden oder verloren gehen.

„Wir wenden versehentlich Filter auf unsere vergangenen Erfahrungen an“, sagt Steve Ramirez (CAS’10), ein Neurowissenschaftler der Boston University. Auch wenn sich eine gefilterte Erinnerung vom Original unterscheidet, kann man zum größten Teil erkennen, was dieses grundlegende Bild ist, sagt er.

„Erinnerung ist weniger eine Videoaufzeichnung der Vergangenheit, sondern rekonstruktiv“, sagt Ramirez, Assistenzprofessor für Psychologie und Hirnwissenschaften am BU College of Arts & Sciences. Die formbare Natur des Gedächtnisses ist sowohl ein Segen als auch ein Fluch: Es ist schlecht, wenn wir uns an falsche Details erinnern, aber es ist gut, dass unser Gehirn die natürliche Fähigkeit hat, Erinnerungen zu formen und zu aktualisieren, um sie weniger wirksam zu machen, besonders wenn es etwas Beängstigendes oder Traumatisches ist.

Was wäre also, wenn es möglich wäre, die formbare Natur unserer Erinnerungen zu unserem Vorteil zu nutzen, um psychische Störungen wie Depressionen und posttraumatische Belastungsstörungen (PTBS) zu heilen? Genau daran arbeiten Ramirez und sein Forschungsteam. Und nach jahrelangem Studium des Gedächtnisses bei Mäusen haben sie nicht nur herausgefunden, wo das Gehirn positive und negative Erinnerungen speichert, sondern auch, wie man negative Erinnerungen leiser stellen kann, indem man andere, glücklichere künstlich stimuliert.

Unsere Millionen-Dollar-Idee ist, was wäre, wenn eine Lösung für einige dieser psychischen Störungen bereits im Gehirn existiert? Und was ist, wenn die Erinnerung ein Weg dorthin ist?“

Steve Ramirez, Assistenzprofessor für Psychologie und Neurowissenschaften, BU College of Arts & Sciences

In zwei neuen Arbeiten demonstrieren er und sein Team die Kraft unserer emotionalen Erinnerungen und wie unsere Erfahrungen – und die Art und Weise, wie wir sie verarbeiten – tatsächliche physische Spuren im Gehirn hinterlassen.

Kartierung positiver und negativer Erinnerungen

Einer der wichtigsten Schritte zur Verwendung des Gedächtnisses zur Behandlung von Gedächtnisstörungen besteht darin, zu verstehen, wo positive und negative Erinnerungen im Gehirn existieren und wie man zwischen den beiden unterscheiden kann. Erinnerungen werden in allen verschiedenen Bereichen des Gehirns gespeichert, und die einzelnen Erinnerungen selbst existieren als Netzwerke von Zellen, die Engramme genannt werden. Das Labor von Ramirez interessiert sich besonders für die Erinnerungsnetzwerke im Hippocampus des Gehirns, einer cashewnussförmigen Struktur, die sensorische und emotionale Informationen speichert, die für das Bilden und Abrufen von Erinnerungen wichtig sind.

In einem neuen Artikel, der in Nature Communications Biology veröffentlicht wurde, kartieren Ramirez, Hauptautorin Monika Shpokayte (MED’26) und ein Team von BU-Neurowissenschaftlern die wichtigsten molekularen und genetischen Unterschiede zwischen positiven und negativen Erinnerungen und stellen fest, dass die beiden tatsächlich auffallend unterschiedlich sind auf mehreren Ebenen. Es stellt sich heraus, dass emotionale Erinnerungen, wie eine positive oder negative Erinnerung, sich physisch von anderen Arten von Gehirnzellen unterscheiden – und sich voneinander unterscheiden.

„Das ist ziemlich wild, weil es darauf hindeutet, dass diese positiven und negativen Erinnerungen ihre eigenen getrennten Immobilien im Gehirn haben“, sagt Ramirez, der auch Mitglied des Center for Systems Neuroscience der BU ist.

Die Autoren der Studie fanden heraus, dass sich positive und negative Gedächtniszellen in fast jeder Hinsicht voneinander unterscheiden – sie werden hauptsächlich in verschiedenen Regionen des Hippocampus gespeichert, sie kommunizieren mit anderen Zellen über unterschiedliche Arten von Wegen und die molekulare Maschinerie in beiden Typen der Zellen scheint unterschiedlich zu sein.

„Also, es gibt [potentially] eine molekulare Grundlage für die Unterscheidung zwischen positiven und negativen Erinnerungen im Gehirn“, sagt Ramirez. „Wir haben jetzt eine Reihe von Markern, von denen wir wissen, dass sie im Hippocampus positive von negativen unterscheiden.“

Positive und negative Erinnerungen zu sehen und zu benennen ist nur mit Hilfe eines fortschrittlichen neurowissenschaftlichen Werkzeugs namens Optogenetik möglich. Dies ist eine Möglichkeit, die Rezeptoren der Gehirnzellen dazu zu bringen, auf Licht zu reagieren; Forscher strahlen ein harmloses Laserlicht in das Gehirn, um Zellen einzuschalten, denen ein Rezeptor gegeben wurde, der auf Licht reagiert. Sie können auch positive und negative Erinnerungen farblich codieren, indem sie ein fluoreszierendes Protein einbringen, das durch Licht angeregt wird, sodass beispielsweise positive Gedächtniszellnetzwerke grün und negative Zellnetzwerke rot oder blau leuchten.

Schlechte Erinnerungen neu verdrahten

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Bevor die Forscher eine Erinnerung in einer Maus markieren, müssen sie die Erinnerung erst herstellen. Dazu setzen sie die Nagetiere einer universell guten oder unangenehmen Erfahrung aus – eine positive Erfahrung könnte das Knabbern an einem leckeren Käse oder das Sozialisieren mit anderen Mäusen sein; Eine negative Erfahrung könnte ein leichter, aber überraschender elektrischer Schlag an den Füßen sein. Sobald eine neue Erinnerung gebildet ist, können die Wissenschaftler das Netzwerk von Zellen finden, die an dieser Erfahrung festhalten, und sie in einer bestimmten Farbe leuchten lassen.

Sobald sie die Erinnerung sehen können, können Forscher diese Gedächtniszellen mit Laserlicht künstlich aktivieren – und, wie das Team von Ramirez ebenfalls entdeckt hat, die negativen Erinnerungen umschreiben. In einem in Nature Communications veröffentlichten Artikel fanden sie heraus, dass die künstliche Aktivierung einer positiven Erfahrung eine negative Erfahrung dauerhaft umschreibt und die emotionale Intensität der schlechten Erinnerung abschwächt.

Die Forscher ließen die Mäuse sich an ein negatives Erlebnis erinnern, und während des Angst-Erinnerungsabrufs reaktivierten sie künstlich eine Gruppe positiver Gedächtniszellen. Das konkurrierende positive Gedächtnis aktualisierte laut dem Papier das Angstgedächtnis und reduzierte die Angstreaktion zu der Zeit und lange nachdem das Gedächtnis aktiviert wurde. Die Studie baut auf früheren Arbeiten aus dem Labor von Ramirez auf, die herausfanden, dass es möglich ist, vergangene Erinnerungen künstlich zu manipulieren.

Die Aktivierung einer positiven Erinnerung war der wirksamste Weg, um eine negative Erinnerung zu aktualisieren, aber das Team stellte auch fest, dass dies nicht der einzige Weg ist. Anstatt nur auf positive Gedächtniszellen abzuzielen, versuchten sie auch, ein neutrales Gedächtnis zu aktivieren – eine gewöhnliche, langweilige Erfahrung für ein Tier – und dann versuchten sie, den gesamten Hippocampus zu aktivieren, und stellten fest, dass beide effektiv waren.

„Wenn Sie viele Zellen stimulieren, die nicht unbedingt mit irgendeiner Art von Erinnerung verbunden sind, kann dies genug Störungen verursachen, um das Angstgedächtnis zu stören“, sagt Stephanie Grella, Hauptautorin und ehemalige Postdoktorandin im Ramirez Lab, die kürzlich das Memory & Neuromodulatory Mechanisms Lab an der Loyola University.

Obwohl es beim Menschen nicht möglich ist, Erinnerungen künstlich zu aktivieren, könnten die Ergebnisse dennoch auf klinische Umgebungen übertragen werden, sagt Grella. „Weil Sie die Person fragen können: ‚Können Sie sich an etwas Negatives erinnern, können Sie sich an etwas Positives erinnern?'“, sagt sie -; Fragen, die man einer Maus nicht stellen kann.

Sie schlägt vor, dass es möglich sein könnte, die Auswirkungen einer negativen Erinnerung, die den mentalen Zustand einer Person beeinflusst hat, zu überschreiben, indem man eine Person an die schlechte Erinnerung erinnert und eine lebhafte Erinnerung an eine positive in einem therapeutischen Umfeld richtig timt.

„Wir wissen, dass Erinnerungen formbar sind“, sagt Grella. „Eines der Dinge, die wir in diesem Papier gefunden haben, war, dass der Zeitpunkt der Stimulation wirklich kritisch war.“

Die Suche nach Game Changern

Für andere intensivere Arten der Behandlung schwerer Depressionen und PTBS schlägt Grella vor, dass es schließlich möglich sein könnte, große Teile des Hippocampus mit Werkzeugen wie transkranieller Magnetstimulation oder tiefer Hirnstimulation – einem invasiven Verfahren – zu stimulieren, um Menschen zu helfen, diese zu überwinden gedächtnisbezogene Störungen. Ramirez weist darauf hin, dass immer mehr Neurowissenschaftler damit begonnen haben, experimentelle Behandlungen mit Psychedelika und illegalen Drogen anzunehmen. Eine Studie aus dem Jahr 2021 ergab beispielsweise, dass kontrollierte Dosen von MDMA dazu beitrugen, einige schwere PTBS-Symptome zu lindern.

„Das Thema hier ist die Verwendung einiger Aspekte von Belohnung und Positivität, um die negativen Komponenten unserer Vergangenheit umzuschreiben“, sagt Ramirez. „Es ist analog zu dem, was wir bei Nagetieren tun, außer bei Menschen – wir aktivierten künstlich positive Erinnerungen bei Nagetieren, und was sie taten, war, ihnen kleine Dosen MDMA zu geben, um zu sehen, ob das ausreichen könnte, um einige umzuschreiben der traumatischen Komponenten dieser Erfahrung.“ Diese Art von Experimenten weist darauf hin, wie wichtig es ist, die klinischen und nützlichen Methoden der Gedächtnismanipulation weiter zu erforschen, aber es ist wichtig zu beachten, dass diese Experimente unter strenger medizinischer Aufsicht durchgeführt wurden und nicht zu Hause versucht werden sollten.

Vorerst ist Ramirez gespannt, wie diese Arbeit die Grenzen der Neurowissenschaften weiter verschieben kann, und hofft, dass Forscher mit noch mehr Out-of-the-Box-Ideen experimentieren, die die Medizin in Zukunft verändern können: „Wir wollen Game Changer, richtig? Wir wollen Dinge, die viel effektiver sind als die derzeit verfügbaren Behandlungsmöglichkeiten.

Quelle:

Boston Universität

Referenz:

Shpokayte, M., et al. (2022) Hippocampuszellen trennen positive und negative Engramme. Kommunikationsbiologie. doi.org/10.1038/s42003-022-03906-8.

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Daniel Wom

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