Störfeuer von Nervenzellen legen Erinnerung lahm

Nervenzellen im Gehirn, die für neue Erfahrungen zuständig sind, stören die Signale von Zellen, die Erinnerungen enthalten und legen eigene Signale darüber. Dadurch wird das Gedächtnis gehemmt – zumindest bei Mäusen. Diese Studienergebnisse aus dem Deutschen Zentrum für Neurodegenerative Erkrankungen (DZNE) werfen möglicherweise ein neues Licht auf die gestörte Erinnerung bei der Alzheimer-Erkrankung.

Der Hippocampus ist jener Bereich im Gehirn, der für Erinnerungen zuständig ist – und eines der Areale, die als erstes bei der Alzheimer-Demenz betroffen sind. Nervenzellen im Hippocampus reagieren auf Erfahrungen und verknüpfen sich zu Netzwerken, die Erinnerungen beinhalten. Erlerntes und Erlebtes kann dadurch abgefragt werden: So erinnert man sich zum Beispiel an den Weg nach Hause oder zur Arbeit.

Menschen mit Demenz können solche räumlichen Erinnerungen häufig nicht mehr abrufen − denn ein bestimmter Bereich im Hippocampus, die CA1-Region, die für das räumliche Gedächtnis verantwortlich ist, ist bei einer Alzheimer-Demenz stark betroffen. Bislang nahm man an, dass die Zellnetzwerke in dieser Hirnregion nicht in geeigneter Weise aktiviert werden können, weil sie krankheitsbedingt geschädigt sind und die Erinnerung somit für immer verloren ist.

Aber offenbar geschieht das Vergessen bei Alzheimer − jedenfalls im Maus-Modell ─ anders: Ein Forschungsteam des DZNE hat Mäuse untersucht, bei denen sich wie bei Menschen mit Alzheimer-Demenz Amyloid-Beta-Plaques im Gehirn abgelagert und zu einem Alzheimer-ähnlichen Krankheitsbild geführt hatten. Die WissenschaftlerInnen fanden heraus, dass die für das Erinnerungsvermögen zuständigen Zellen dieser Mäuse immer noch Aktivität zeigten. Doch die Mäuse konnten ihre Erinnerungen trotzdem nicht abrufen.

Signale anderer Nervenzellen stören die Erinnerung

„Das liegt daran, dass andere Nervenzellen in der CA1-Region, die für neue Erfahrungen zuständig sind, die Signale der  erinnerungsenthaltenden Zellen stören und eigene Signale darüberlegen“, sagt Dr. Martin Fuhrmann, Gruppenleiter am DZNE. „Man kann sich das wie eine Funkstörung im Fernsehen vorstellen: Das Fernsehbild wird unscharf und verzerrt, es sind womöglich sogar Streifen oder Pixel zu sehen. Etwas ähnliches ist bei den Mäusen passiert: Störsignale haben ihre Erinnerung unterdrückt. Diese Störung ist offenbar eine Folge der krankhaften Hirnveränderungen.“

Wenn sich gesunde Mäuse an eine Situation wie das Erlernen eines Weges oder das Erkunden eines Raumes erinnern können, wird ein Netzwerk aus Nervenzellen in deren Hippocampus reaktiviert, das bei der ersten Erfahrung in dieser Situation bereits aktiv war. Um herauszufinden, was mit diesem Netzwerk passiert, führten die WissenschaftlerInnen ein Experiment durch: Dabei erkundeten gesunde Mäuse und solche mit krankhaften Hirnveränderungen, die in ähnlicher Form bei Alzheimer auftreten, eine unbekannte Umgebung. Mithilfe der Zwei-Photonen-in-vivo-Mikroskopie konnten die Forscher dabei die Aktivität einzelner Nervenzellen des Hippocampus erfassen.

Wenn die Mäuse ein paar Tage später wieder derselben Umgebung ausgesetzt waren, verhielten sie sich unterschiedlich: Die gesunden Mäuse erkannten die Umgebung wieder, die Mäuse mit Alzheimer-ähnlichen Hirnschädigungen jedoch nicht. Die Mäuse erkundeten den Raum, als ob er völlig neu für sie wäre. Das ging mit Unterschieden in der Hirnaktivität einher. Dr. Stefanie Poll, Postdoc in Martin Fuhrmanns Forschungsgruppe und Erstautorin der Studie, erklärt: „Bei den Mäusen mit Alzheimer-ähnlichem Krankheitsbild waren beim zweiten Besuch nicht nur Zellnetzwerke aktiv, die Erinnerungen beinhalteten, sondern auch Netzwerke, in denen keine Erinnerungen gespeichert waren und die eine neue Erfahrung verarbeiteten. Dadurch kam es zu einer Überlagerung, also zu Störsignalen.“

An- und Ausschalten von Nervenzellen, die auf Neues reagieren

„Diese Ergebnisse deuten auf einen bislang unbekannten Prozess im Gehirn hin, der zu Gedächtnisstörungen bei Alzheimer beiträgt“, erklärt Fuhrmann. „Theoretisch könnte das für Therapien der Zukunft bedeuten, dass Alzheimer-Betroffene und Menschen mit Amnesie womöglich ihr Gedächtnis zurückbekämen, indem man bei ihnen mithilfe noch zu etablierender Methoden die Aktivität bestimmter Netzwerke von Nervenzellen dämpft. Andererseits wäre es vielleicht möglich, dass man bei Menschen mit posttraumatischen Belastungsstörungen die Aktivität dieser Netzwerke verstärkt und dadurch belastende Erinnerungen überschreibt. Ob sich unsere Erkenntnisse aber genauso auf den Menschen übertragen lassen, müssen zukünftige Studien zeigen.“

Originalpublikation:
Poll S et al. Memory trace interference impairs recall in a mouse model of Alzheimer’s disease. Nature Neuroscience, 8. Juni 2020