Kohlendioxid verstärkt bei Mäusen das Angstgedächtnis

Die Inhalation von CO₂ verstärkt bei Mäusen die Erinnerung an eine Angst auslösende Situation. Zu diesem Ergebnis kommen Neurowissenschaftler der Universität von Iowa (USA). Die Autoren zeigen auch, dass die gedächtnisstärkende Wirkung von CO₂ nur auftritt, wenn das Acid-sensing ion channel-1a(ASIC1A)-Protein im Mäusegehirn funktionsfähig ist. Sollten die Ergebnisse auf den Menschen übertragbar sein, könnte sich daraus möglicherweise ein Ansatz für die Behandlung von Menschen mit posttraumatischer Belastungsstörung (PTSD) ableiten lassen.

Die neue Studie reiht sich ein in eine wachsende Zahl von Belegen, die darauf hindeuten, dass angstbesetzte Erinnerungen verändert werden können, nachdem sie entstanden sind. Insbesondere wird angenommen, dass das Abrufen einer Erinnerung die Gedächtnisspur im Gehirn reaktiviert, wodurch die Erinnerung “labil” wird, d. h. anfällig für Veränderungen, Abschwächung oder Ersetzung durch konkurrierende Erinnerungen – im Gegensatz zu sogenannten “gefestigten” Erinnerungen, die schwer zu verändern sind.

“In experimentellen Studien zur Gedächtnisbildung und -veränderung werden häufig Mäuse als Modellorganismus verwendet, so wie wir es hier tun. In einer kürzlich durchgeführten Studie wurde beispielsweise festgestellt, dass das Einatmen von CO₂ während des Abrufs einer Erinnerung bei Mäusen zu einer größeren Labilität von Angsterinnerungen führt. Es zeigte sich, dass dieser Effekt von ASIC1A abhängt, einem Molekül in Neuronen, das den Anstieg des Säuregehalts in Körperflüssigkeiten, der durch das Einatmen von CO₂ verursacht wird, erkennen kann”, erklärt die Erstautorin Dr. Rebecca J. Taugher, wissenschaftliche Mitarbeiterin in der Abteilung für Psychiatrie und im Department of Veterans Affairs Medical Center der Universität von Iowa.

Auf Basis dieser Erkenntnisse untersuchten die Forschenden die Auswirkungen von CO₂ auf die Gedächtnisbildung und die Rolle von ASIC1A weiter und konnten zeigen, dass die CO₂-Inhalation von Mäusen zu dem Zeitpunkt, zu dem sie ein neues Angstgedächtnisse bilden, diese Erinnerung stärkt.

Mäusen einen Schrecken einjagen

Für ihre Untersuchung griffen die Forscher auf das Instrument der Konditionierung zurück, um Labormäusen Angst vor einem akustischen Hinweis zu machen, in dem sie akustische Signale mit leichten Stromstößen kombinierten. Die Forschenden verglichen anschließend die Häufigkeit und Dauer des Einfrierverhaltens der Mäuse zwischen zwei Behandlungen: einer experimentellen, bei der die Mäuse eine Stunde nach dem ersten Erwerb der furchterregenden Erinnerung einem 30-minütigen Stoß von zehn Prozent Kohlendioxid ausgesetzt wurden, und einer Kontrollbehandlung, bei der das Kohlendioxid durch Luft ersetzt wurde.

Dabei zeigte sich, dass die CO₂-exponierten Mäuse im Vergleich zu den Mäusen, die Luft ausgesetzt waren, etwa ein Drittel mehr Zeit damit verbrachten, “einzufrieren”, wenn sie durch das Abspielen des Tons aufgefordert wurden, die furchterregende Erinnerung abzurufen. In weiteren Versuchen, bei denen der erlernte Angstauslöser nicht mehr der Ton, sondern die allgemeine Umgebung, insbesondere die Beleuchtung, der Geruch und die Bodenbeschaffenheit war, hatte die CO₂-Inhalation die gleiche gedächtnisstärkende Wirkung.

Mögliche PTSD-Behandlung

Die Forscher kamen zu dem Schluss, dass die CO₂-Inhalation nach der Bildung eines Angstgedächtnisses dazu beiträgt, dieses Gedächtnis bei Mäusen zu stärken. In Folgeexperimenten zeigten sie, dass die gedächtnisstärkende Wirkung vom Timing abhängt: Die Erinnerung an furchterregende Hinweise oder Kontexte wird gestärkt, wenn zwischen der ersten Gedächtnisbildung und der CO₂-Exposition ein bis vier Stunden vergehen, aber nicht, wenn 24 Stunden dazwischen liegen. Sie zeigen auch, dass der gedächtnisstärkende Effekt nur bei CO₂ auftritt und nicht generell bei stressigen Ereignissen.

Überraschenderweise fanden Taugher und Kollegen heraus, dass die gleiche Behandlung mit CO₂ eine entgegengesetzte, gedächtnisschwächende Wirkung auf eine andere Art von Gedächtnis hat: nämlich die Erinnerung an vertraute Objekte. Die Forscher spekulieren, dass dieser Kontrast darauf zurückzuführen ist, dass unterschiedliche Moleküle und Gehirnschaltkreise an den verschiedenen Arten von Erinnerungen beteiligt sind.

“Unsere Ergebnisse bei Mäusen müssen natürlich bei Menschen wiederholt werden. Unsere jetzigen Ergebnisse deuten jedoch darauf hin, dass Menschen, die zum Zeitpunkt eines traumatischen Ereignisses eine Übersäuerung des Gehirns aufweisen, ein erhöhtes Risiko haben könnten, eine PTBS zu entwickeln”, so der korrespondierende Autor Prof. John A. Wemmie, Inhaber des Roy J. Carver-Lehrstuhls für Psychiatrie und Neurowissenschaften an der Universität von Iowa. “Sie werfen auch die interessante Möglichkeit auf, dass Interventionen, die eine Übersäuerung kurz nach einem traumatischen Ereignis verhindern, dazu beitragen könnten, eine PTBS zu verhindern.”

Originalpublikation:
Taugher R et al. Post-acquisition CO2 inhalation enhances fear memory and depends on ASIC1A. Front Behav Neurosci, 29. Oktober 2021