Wie Erinnerungen uns zu Belohnungen leiten

Mit den steigenden Temperaturen zieht es viele Menschen immer wieder zu ihrer Lieblingseisdiele. Doch wie finden sie dorthin? In einer Studie haben Forschende des Leibniz-Instituts für Neurobiologie (LIN) in Magdeburg diese Frage untersucht und herausgefunden: Unser Gehirn nutzt einen speziellen Code, um uns zu Orten zu leiten, die Belohnung versprechen.

In der Studie fokussierten sich die Forschenden auf die Verbindung zwischen dem Hippocampus und dem Nucleus accumbens, einem für Motivation und Belohnung zuständigen Gehirnareal. Die Hypothese lautet, dass die Kommunikation zwischen beiden Arealen hilft, Orte wiederzufinden, an denen wir zuvor belohnt wurden. Obwohl bekannt war, dass diese Regionen zusammenarbeiten, war es bisher unmöglich, die Aktivität zahlreicher Neurone und deren Kommunikationspartner direkt zu beobachten. „Was wir entdeckt haben, ist nicht weniger als die ‚Sprache‘, die unsere Gehirnareale verwenden, um uns zu den Orten zu führen, die wir lieben“, erläutert Oliver Barnstedt, Erstautor der Studie.

Barnstedt, Petra Mocellin und Stefan Remy erforschen am LIN den Hippocampus – einen Bereich des Gehirns, der entscheidend beim Erinnern von Lebensereignissen und der räumlichen Orientierung ist und damit eine tragende Rolle in unserem Gedächtnis spielt. Schädigungen des Hippocampus führen unter anderem zum Verlust der Fähigkeit, neue Erinnerungen zu bilden. Daher ordnet Remy, Leiter der Forschungsgruppe Zelluläre Neurowissenschaften, ein: „Die Fähigkeit, hochdimensionale neuronale Codes zu entschlüsseln, könnte zu präziseren Therapien führen, die direkt auf die Wiederherstellung von Gedächtnisfunktionen abzielen.“

Innovative Methodik

Das wissenschaftliche Team um Barnstedt nutzte eine Reihe neuartiger optischer und analytischer Methoden, um zu verstehen, wie die beiden Hirnregionen miteinander kommunizieren. Mithilfe spezieller Fluoreszenzproteine und Zwei-Photonen-Mikroskopie konnten die Wissenschaftler neuronale Aktivität und die Verbindungen zum Belohnungszentrum im Gehirn nachverfolgen. Bei mehr als 5000 Neuronen wurde beobachtet, wie und wann sie aktiv wurden – eine innovative Methode, um zu verstehen, wie Mäuse – auf einem an eine natürliche Umgebung erinnernden Laufband trainiert – Belohnungsorte identifizieren und darauf reagieren.

Multidimensionale Hirncodes

Die Forschungsergebnisse des Teams deuten darauf hin, dass nahezu die Hälfte der Neurone, die vom Hippocampus zum Nucleus accumbens führen, gleichzeitig Informationen zu Ort und Bewegung kodieren – ein Meilenstein für das Verständnis, wie im Gehirn räumliche und belohnungsbezogene Informationen integriert werden. Diese multidimensionale Vernetzung ermöglicht es dem Gehirn, mit hoher Präzision die Orte zu antizipieren, die uns Freude bereiten. „Es ist, als würden unsere Gehirnzellen bereits im Voraus das ‚Glücksgefühl‘ einer belohnenden Erfahrung wie den Besuch unserer Lieblingseisdiele kartieren“, erklärten die Wissenschaftler.

Bedeutung für Medizin und Therapie

„Diese Studie markiert einen Wendepunkt in unserem Verständnis von räumlichem Gedächtnis und Belohnung – und öffnet neue Wege für die Behandlung von Erkrankungen wie Alzheimer und Sucht“, ist Barnstedt überzeugt. Ein tieferes Verständnis der nun sichtbar gemachten neuronalen Prozesse könnte der Schlüssel zu wirksameren Therapien sein.