(Andriy Onufriyenko/Getty Images) Forscher haben zwei Arten menschlicher Gehirnzellen entdeckt, die uns physisch dabei helfen, Erinnerungen zu bilden.
Diese Zellen spielen eine wichtige Rolle bei der Aufteilung kontinuierlicher bewusster Erfahrungen in verschiedene Segmente, die in der Zukunft abgerufen werden können.
Während wir uns von der Vergangenheit über die Gegenwart und in die Zukunft bewegen, bilden wir autobiografische Erinnerungen – Bezugspunkte unserer selbst an einem bestimmten Ort und zu einer bestimmten Zeit. Diese Erinnerungen sind klobig, haben klare Anfänge und Enden, und wir nähen diese Fäden zusammen, um eine kontinuierliche Erzählung von uns selbst zu bilden.
Ähnlich wie wir wahrnehmen Objekte und Entitäten in der Welt, unsere Erinnerungen haben klare Grenzen und im Neuen Studie Neurowissenschaftler fragen sich, ob die neurophysiologische Bildung von Erinnerungen den diskreten Charakter von Erinnerungen in unserem bewussten Erleben widerspiegelt.
Das Team sammelte Daten von Epilepsiepatienten, denen chirurgisch Elektroden ins Gehirn implantiert wurden, um den Ort ihrer Anfälle zu lokalisieren.
Aufgrund dieser nützlichen intrakraniellen Elektroden nehmen Epilepsiepatienten mit ihrem Einverständnis häufig an neurowissenschaftlichen Studien teil. Sie ermöglichten es den Forschern, die Aktivität einzelner Neuronen aufzuzeichnen, während Patienten Filmausschnitte mit „kognitiven Grenzen“ betrachteten.
Während diese Grenzen in unserem täglichen Leben nuanciert und weniger offensichtlich sind, konzentrierten sich Wissenschaftler zu Forschungszwecken auf das, was sie „harte“ und „weiche“ Grenzen nannten.
„Ein Beispiel für eine weiche Grenze wäre eine Szene, in der zwei Personen einen Flur entlanggehen und sich unterhalten, und in der nächsten Szene gesellt sich eine dritte Person zu ihnen, aber es ist immer noch Teil derselben Gesamterzählung.“ sagte Ueli Rutishauser, Neurochirurg am Cedars-Sinai-Krankenhaus, Interimsdirektor des Zentrums für Neuralwissenschaft und Medizin und Mitautor der Studie.
„Der Unterschied zwischen harten und weichen Grenzen liegt im Ausmaß der Abweichung von der fortlaufenden Erzählung.“ Ist es eine völlig andere Geschichte oder wie eine neue Szene aus derselben Geschichte?
Forscher konnten zwei Arten von Zellen finden, die auf diese kognitiven Grenzen reagierten: „Grenzzellen“, die sowohl auf weiche als auch harte Grenzen reagierten, und „Ereigniszellen“, die ausschließlich auf harte Grenzen reagierten.
Rutishauser und sein Team glauben, dass das Gehirn in den Zustand der Initiierung einer neuen Erinnerung eintritt, wenn die Aktivität von Ereignis- und Grenzzellen nach einer harten Grenze, wenn beide Zellen feuern, ihren Höhepunkt erreicht.
„Eine Grenzantwort ist so etwas wie das Erstellen eines neuen Ordners auf Ihrem Computer.“ sagte Rutishauser.
„Dort können Sie dann Dateien ablegen.“ Und wenn eine weitere Grenze erreicht wird, schließen Sie den ersten Ordner und erstellen einen neuen.“
Wenn das Gehirn eine Erinnerung erneut aufrufen muss, nutzt es die Spitzen der neuronalen Aktivität an diesen Grenzen, um den richtigen Ordner zu finden.
„Wenn man versucht, sich an etwas zu erinnern, löst das Gehirnzellen aus, die feuern“, sagt Rutishauser sagte.
„Das Speichersystem vergleicht dann dieses Aktivitätsmuster mit allen vorherigen Feuerspitzen, die kurz nach den Grenzen auftraten.“ Wenn ein ähnlicher Ordner gefunden wird, wird dieser Ordner geöffnet. „Man geht für ein paar Sekunden zu diesem Zeitpunkt zurück und dann werden die Dinge, die passiert sind, klarer.“
Anschließend testeten die Ermittler ihre Theorie, indem sie die Teilnehmer fragten, wo sie bestimmte Bilder in den Filmausschnitten gesehen hatten oder nicht. Die Vermutungen der Forscher bestätigten sich dadurch, dass sich die Teilnehmer zu einem Zeitpunkt, an dem sich eine neue Erinnerung bildete, eher an Bilder erinnerten, die einer harten oder weichen Grenze folgten.
In einem anderen Test wurden die Teilnehmer gefragt, welches der beiden Bilder sie beim Betrachten der Filmausschnitte zuerst sahen. Den Teilnehmern fiel es schwerer, sich die richtige Reihenfolge zu merken, wenn die Bilder auf gegenüberliegenden Seiten einer harten Grenze erschienen, was darauf hindeutet, dass das Gehirn diese Bilder in separate Erinnerungen segmentiert hatte.
„Zusammengenommen legen diese Ergebnisse nahe, dass Grenz- und Ereigniszellen zwei Rollen im episodischen Gedächtnis spielen; „Sie strukturieren Erinnerungen während der Kodierung und dienen als Marker für Zeiträume, die später wiederhergestellt werden“, sagen die Autoren.
Darüber hinaus feuerten die Ereigniszellen im Takt mit einem der inneren Rhythmen des Gehirns, dem Theta-Rhythmus – eine Wellenform neurologischer Aktivität, die mit Lernen, Gedächtnis und Navigation in Verbindung gebracht wird – konnten sich die Teilnehmer besser an die Reihenfolge der Bilder erinnern, die sie gesehen hatten.
„Man geht davon aus, dass Theta-Rhythmen der ‚zeitliche Klebstoff‘ für das episodische Gedächtnis sind“, sagte Postdoktorand Jie Zheng von der Harvard Medical School, Erstautor der Studie.
„Wir glauben, dass das synchrone Abfeuern von Ereigniszellen mit dem Theta-Rhythmus zeitbasierte Verbindungen über verschiedene Speicherordner hinweg aufbaut.“
Daher scheinen Ereigniszellen uns dabei zu helfen, die zeitliche Reihenfolge unserer Erinnerungen festzulegen, während Grenzzellen eher an der Erkennung des Inhalts von Erinnerungen beteiligt sind.
Die Studie wurde in der Fachzeitschrift veröffentlicht Naturneurowissenschaften .