Bonner Forscher entschlüsseln den Rhythmus der Erinnerung

Bonn (ots) - Das menschliche Gehirn verfügt augenscheinlich über
eine Art Metronom, das die Vorgänge im Kurzzeitgedächtnis
koordiniert. Das zeigt eine aktuelle Studie der Universität Bonn und
der Fachhochschule Koblenz. Die Ergebnisse sind nun in der
Zeitschrift PNAS erschienen (doi: 10.1073/pnas.0911531107). Sie
zeigen auch, dass eine Struktur im Schläfenlappen für das
Kurzzeitgedächtnis eine wichtigere Rolle spielen könnte, als bislang
oft gedacht.

Der Inhalt des Kurzzeitgedächtnisses ist flüchtig. Er besteht
vermutlich aus elektrischen Erregungsmustern, die für eine Zeitspanne
von wenigen Sekunden bis Minuten aufrecht erhalten werden. Sobald die
Erregung abklingt, ist die Erinnerung gelöscht. Das ist auch der
Grund, warum wir eine gerade nachgeschlagene Telefonnummer so lange
innerlich vor uns hinmurmeln, bis wir sie sicher eingetippt haben -
so geht sie uns nicht verloren. Wie aber schafft es das
Kurzzeitgedächtnis, dass wir uns die verschiedenen Ziffern
gleichzeitig merken können?

Die jetzt erschienene Studie liefert auf diese Frage eine Antwort.
Darin hatten die Forscher ihren Probanden Fotos von Gesichtern
vorgelegt. Manchmal zeigten sie ihnen nur ein Bild, manchmal zwei
oder sogar vier. Kurz darauf präsentierten sie ihren Versuchspersonen
ein weiteres Foto. Diese sollten nun angeben, ob sie es zuvor schon
gezeigt bekommen hatten oder ob es sich um ein neues Gesicht
handelte. "Während dieses Experiments haben wir die Hirnströme der
Teilnehmer aufgezeichnet", erläutert der Bonner Hirnforscher Dr.
Nikolai Axmacher.

Die Wissenschaftler konzentrierten sich bei ihrem Experiment auf
eine Struktur im Schläfenlappen, den Hippocampus. Die elektrische
Aktivität in dieser Region ändert sich zyklisch - der Hippocampus
"schwingt". Und das gleichzeitig in verschiedenen Frequenzen;
Hirnforscher sprechen auch von "Bändern". Das so genannte Theta-Band
beispielsweise schwingt nur mit vier bis acht Hertz (ein Hertz ist
ein Zyklus pro Sekunde) - deutlich langsamer als das Gamma-Band, das
auf 25 bis 100 Hertz kommt.

Man kann sich diese beiden Bänder als zwei unterschiedlich schnell
gespielte Trommeln vorstellen, die nichts miteinander zu tun haben
wollen. Diese Kakophonie im Schläfenlappen hat jedoch ein Ende, wenn
das Kurzzeitgedächtnis aktiv wird. Dann übernimmt nämlich die
langsame Theta-Trommel plötzlich die Rolle des Metronoms und gibt der
Gamma-Trommel den Takt vor. Innerhalb dieses Takts schlägt die
Gamma-Trommel dann beispielsweise die Viertel. Hirnforscher sprechen
auch von "frequenzübergreifender Kopplung".

Doch warum ist das wichtig? "Wir vermuten, dass die Erinnerung an
die verschiedenen Gesichter sequentiell aufgefrischt wird", erklärt
Axmachers Kollege Dr. Jürgen Fell. "Und zwar jedes Gesicht zu seinem
eigenen spezifischen Zeitpunkt im Theta-Zyklus." Um beim Trommel-Bild
zu bleiben: Immer wenn die Gamma-Trommel das erste Viertel schlägt,
wird das Erregungsmuster von Gesicht 1 aufgefrischt. Auf dem zweiten
Viertel folgt Gesicht 2, auf dem dritten Gesicht 3, und am Ende des
Taktes ist der komplette Erinnerungszyklus abgeschlossen. Es ist, als
würde der Hippocampus die besonderen Merkmale der Gesichter zu den
Schlägen der Gamma-Trommel rhythmisch vor sich hinmurmeln.

Der Theta-Takt bestimmt hingegen die Zeitspanne, die dem
Kurzzeitgedächtnis zur Auffrischung sämtlicher Gesichter insgesamt
zur Verfügung steht. Für diese Interpretation spricht ein weiterer
Befund: Die Theta-Schwingung wurde nämlich umso langsamer, je mehr
Gesichter sich die Probanden merken sollten. Je mehr Information das
Kurzzeitgedächtnis speichern muss, desto länger braucht es auch, um
diesen Inhalt zyklisch aufzufrischen.

Bislang galt der Hippocampus zwar als eine der Schlüsselregionen
für die Funktion des Langzeitgedächtnisses. Ob er auch im
Kurzzeit-Gedächtnis eine Rolle spielt, war dagegen umstritten.
Nikolai Axmacher: "Unsere Ergebnisse deuten jedoch eindeutig in diese
Richtung."

Originaltext: Universität Bonn
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E-Mail: juergen.fell@ukb.uni-bonn.de