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Wissenschaft
HIRNFORSCHUNG
Störfall im Flaschenhals
Wie funktioniert das menschliche Gedächtnis? Wie und wo im
Gehirn werden Informationen gespeichert und abgerufen? Auf der Suche nach
Antworten tasten sich die Gedächtnisforscher in ein Labyrinth vor.
M
it dem Fahrrad hatte sich der Gastwirt frühmorgens auf den Weg
zum Bäcker gemacht. Dort war er
nicht angekommen. Fünf Tage blieb der
Familienvater, der Brötchen holen wollte,
spurlos verschwunden.
Dann tauchte er, mehr als 300 Kilometer weiter südlich, in der Bahnhofsmission
einer fremden Stadt auf. Statt zum Bäcker
zu fahren, war der Vermißte in panischer
Unruhe rastlos den Rhein entlang geradelt.
Fragen nach Namen, Herkunft und Reiseziel konnte der erschöpfte Irrfahrer nicht
beantworten. Er wurde in die Psychiatrie
eingewiesen. Den Ärzten erklärte er immer
wieder, er wisse nicht mehr, wer er sei.
Irgendwo zwischen seiner Wohnung und
dem Bäckerladen hatte der Radler sein Ich
verloren. Wenn er in den Spiegel blickte,
starrte ihn ein Fremder an. Körperlich
krank war er offenbar nicht; einen Hirnschaden konnten die Mediziner bei dem
Mann ohne Biographie nicht entdecken.
Die Psychiater schickten ihn schließlich
nach Köln ins Max-Planck-Institut (MPI)
für neurologische Forschung, wo sich Professor Hans Markowitsch mit dem sonderbaren Fall beschäftigte. Markowitsch, Lehrstuhlinhaber für Physiologische Psychologie an der Uni Bielefeld und Mitarbeiter
am Kölner MPI, gilt in Deutschland als
Koryphäe auf dem Gebiet der Gedächtnisforschung.
Patienten, denen ein Großteil ihrer Erinnerung plötzlich abhanden kam, dienten
Markowitsch und seinen Kollegen schon
häufig als eine Art Forschungs-Pfadfinder,
die den Gelehrten beim Vordringen in das
Gedächtnislabyrinth weiterhalfen: Oft sind
es Defekte im Gehirn der Patienten, die
überraschende Einblicke in die überaus
komplizierten Gedächtnisstrukturen gewähren.
In welchen Hirnregionen Gedächtnisinhalte archiviert, wo und wie sie eingelesen, sortiert, abgerufen oder auch blockiert
werden – das alles läßt sich mit den Detektorgeräten der modernen Gehirndiagnostik
detailliert untersuchen. Studiert wird, etwa
mit Hilfe von Positronen-Emissions-Tomographen (PET), das Gehirn in Aktion: Auf
den Farbmonitoren der Geräte wird sichtbar, welche Hirnpartien ein Proband bei
dem Versuch aktiviert, sich Erlerntes oder
Erlebtes in Erinnerung zu rufen.
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Erstaunlich viele Hirninstanzen, so hat
sich dabei gezeigt, sind an der Datenverarbeitung speziell für das Langzeitgedächtnis beteiligt. Mindestens vier
verschiedene Speichersysteme, jedes zuständig für bestimmte Inhalte, hält das
Menschenhirn laut Markowitsch bereit:
π Im „episodischen“ oder „autobiographischen“ Gedächtnis werden, chronologisch geordnet, alle persönlichen Erlebnisse aufbewahrt – besonders fest
haften jene Ereignisse, die mit starken
Emotionen verbunden sind.
π Das „Wissenssystem“, gleichfalls in der
Hirnrinde lokalisiert, enthält das allgemeine und eher gefühlsneutrale Weltund Faktenwissen – es umfaßt Vokabelschätze wie Verkehrsregeln, Geschichtskenntnisse oder Telefonnummern.
π Im „prozeduralen“ Gedächtnis, das dem
Kleinhirn und den Basalganglien zugeordnet wird, finden sich die Muster von
Handlungs- oder Bewegungsabläufen,
die oft mühsam erlernt wurden, später
aber automatisch abgespult werden können – etwa beim Radfahren oder Skilaufen, Schwimmen, Tanzen und Klavierspielen.
π „Priming“ nennen die Wissenschaftler
schließlich jenes Gedächtnissystem, das
Sinneseindrücke (Farben, Formen, Gerüche) festhält und bei der Begegnung
mit ähnlichen Reizen mehr oder minder
deutliche Erinnerungen freisetzt – das
Priming, verankert in den sensorischen
Feldern der Hirnrinde, erleichtert das
Wiedererkennen schon einmal erlebter
Situationen (siehe Grafik).
Wie sich die Gedächtnisspuren („Engramme“) im Gehirn manifestieren, ist den
Gelehrten bislang noch nicht klar. Sicher ist
nur, daß alles bewußte Wissen in die
Großhirnrinde eingraviert wird. Doch die
Gedächtnisengramme sind dort nur zum
Bei der Worterkennung aktivierte
Hirnareale (beim Rechtshänder)
Vordere Großhirnrinde
Linke Gehirnhälfte
Computer-Darstellung des Gehirns beim Erinnerungsvorgang: Vier Informationsspeicher von
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EPISODISCHES
GEDÄCHTNIS
WISSE
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Hirnrinde
Ein- und Abspeicherung der
vier Gedächtnissysteme
limbisches
System
Kleinhirn
Basalganglien
Hintere Großhirnrinde
Rechte Gehirnhälfte
schier unermeßlichem Fassungsvermögen
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D. HOPPE / NETZHAUT
1 Das episodische oder autobiographische Gedächtnis enthält persönliche, emotional gefärbte Erinnerungen an Ereignisse der individuellen
Lebensgeschichte
2 Im Wissenssystem, dem Depot für allgemeines
Faktenwissen, werden Schul- und Weltkenntnisse
gespeichert
3 Im prozeduralen Gedächtnis finden sich die
Programme für eintrainierte Bewegungsabläufe
4 Priming, das entwicklungsgeschichtlich älteste
Gedächtnissystem, speichert Sinnesreize, die
ähnlich erlebte Situationen in Erinnerung rufen
Teil an scharf umgrenzte Regionen gebunden – selbst großflächige Verluste an Hirnmasse beeinträchtigen das Gedächtnis oft
nur wenig.
Entstanden, meint Markowitsch, sei das
Erinnerungsvermögen im Lauf der Evolution vermutlich als „Mechanismus zur
Lebenserhaltung und -verlängerung“: Als
erstes wurden Geruchs- und Geschmackswahrnehmungen längerfristig gespeichert;
das half bei der Nahrungssuche oder beim
Aufspüren paarungsbereiter Geschlechtspartner. Mit dem Wachstum des Menschenhirns in Jahrmillionen wucherte der urtümliche Priming-Merker immer üppiger
heran.
Die vier Gedächtnissysteme, die sich
dabei entfalteten, allesamt Informationsspeicher von schier unermeßlichem Fassungsvermögen, bilden jedoch keine strikt
voneinander getrennten Erinnerungskammern; sie wirken vielmehr, wie Markowitsch betont, auf höchst komplexe Weise
zusammen.
So werden etwa beim Vorgang des Sprechens die Kehlkopfmuskeln vom prozeduralen Gedächtnis koordiniert, während das
Wissenssystem Vokabeln, Grammatikregeln und Sachkenntnisse beisteuert.
Kommt die Rede auf Persönliches, liefert
das autobiographische Gedächtnis Gesprächsstoff, wobei das Priming ständig
emotionale Untertöne mitschwingen läßt.
Erst vor kurzem entdeckten die Forscher
weitere Raffinessen der Gedächtnisarbeit:
Jedes Gedächtnissystem, so zeigte sich,
Gedächtnisforscher Markowitsch
Poststelle im Stammhirn
SCIENCE PHOTO LIBRARY / AGENTUR FOCUS
Verteiltes Wissen
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verfügt über spezielle Hirnstrukturen, die
für das Einspeichern oder Abrufen von Informationen zuständig sind.
Allgemeinwissen beispielsweise wird
stets von der linken Hirnhälfte abgefordert, persönliche Erinnerungen dagegen
von der rechten Hemisphäre. Bei der Eingabe passieren fast alle Informationen
zunächst das sogenannte limbische System, eine entwicklungsgeschichtlich alte
Hirnformation, die das Gefühlsleben beherrscht. Dort werden neu eintreffende
Gedächtnisinhalte wie Briefe auf dem
Postamt sortiert und dann weitergeleitet –
emotionsgeladene Daten kommen ins biographische Fach, andere werden ins Wissenssystem oder ins Priming-Depot versandt.
Auf dem Weg zum Bestimmungsort,
aber auch auf dem Rückweg – beim Erinnern –, wird die Gedächtnispost durch einige Engpässe dirigiert, oftmals winzige
Relaisstationen im weitverzweigten Leitungsnetz des Gehirns. Sowohl im limbischen System wie in der Hirnrinde finden
sich Bündel von Nervenfasern, die für die
Ein- oder Ausgabe von Informationen unentbehrlich sind.
Störfälle in diesen neuronalen „Flaschenhälsen“ (Markowitsch) können riesige Löcher in das Gedächtnis der Betroffenen schlagen, wie die Forscher an Patientenbeispielen eindrucksvoll demonstrieren.
Nur ein millimetergroßes Stück Nervengewebe in der Gehirnmitte war bei einem Medizinprofessor, den Markowitsch
untersuchte, nach einem Schlaganfall zerstört worden. Der Minidefekt versperrte
für immer die Eingangspforte zum Langzeitgedächtnis des Akademikers. Seit 15
Jahren dringt dorthin nichts Neues vor.
Namen, Gesichter, Zahlen und Fakten vergißt der einstige Chefarzt spätestens nach
einer Minute.
Sein Altgedächtnis dagegen blieb ihm
erhalten. Mühelos erinnert sich der Pro187
Wissenschaft
Boten der Erinnerung
US-Forscher entdeckten, daß ein Wachstumsfaktor bei der Bildung des Langzeitgedächtnisses bestimmend ist.
anderen biochemischen Abläufen geformt und modifiziert.
Nervenwachstumsfaktoren, sogenannte Neurotrophine, stehen derzeit
im Rampenlicht der Forschung. Sie
können Nervenzellen beeinflussen und
deren Aktivität verändern.
Viele Forscher waren daher überrascht, daß gerade TGFβ die Gedächtnisleistung von Nervenzellen beeinflußt, gehört es doch gerade nicht zur
Gruppe der Neurotrophine. Bislang
hatte man das Protein lediglich als
wichtigen Regulator von Wachstum
und Differenzierung im Embryonalalter und als Hemmstoff des Zellwachstums bestimmter Zellen im Erwachsenenalter angesehen.
Jetzt, da Wissenschaftler die Botenstoffe der Erinnerung entschlüsseln,
deuten sich auch deren Nutzungsmöglichkeiten an: Krankhafte Veränderungen des Nervensystems, bei denen die
Gedächtnisleistung nachläßt, wie zum
Beispiel die Alzheimerkrankheit, lassen
sich durch Wachstumsfaktoren wie
TGFβ möglicherweise positiv beeinflussen. Die Pharmaindustrie hält sich
bereit: TFGβ und andere Wachstumsfaktoren lassen sich mittels Gentechnologie in beliebiger Menge produzieren.
Hirnforscher Galuske warnt jedoch
davor, die Ergebnisse der US-Studie
ohne weiteres auf den Menschen zu
übertragen: Beim anatomisch simplen
Versuchstier, der Meeresschnecke Aplysia, „kennt man jedes Neuron mit
Vornamen“. Bei Menschen „ist das
schon noch etwas komplizierter“.
ULLSTEIN
D
Psychoanalytiker Freud*
Gedächtnisschwund durch Moralschock?
OKAPIA
ie herkömmliche Neuroanatomie hat ausgedient: „Durch
konsequentes Starren auf Gehirne“, meint Hirnforscher Dr. Ralf Galuske vom Max-Planck-Institut in
Frankfurt, „kann man heute einfach
nichts mehr rauskriegen.“
Wo Neuroanatomen früherer Zeiten
im Alleingang das Wesen des Geistes
mit Hilfe des Mikroskops zu begreifen
suchten, arbeiten heute Anatomen,
Physiologen und Biochemiker Hand in
Hand. Methoden aus Biochemie, Molekularbiologie und molekularer Zellbiologie dienen als Werkzeug, um die
molekularen Veränderungen im Gehirn, die als Basis unseres Gedächtnisses gelten, zu analysieren und zu erklären.
US-Wissenschaftlern unter der Leitung des Neurobiologen John H. Byrne
gelang dabei jetzt ein Durchbruch. Sie
wiesen im Tierexperiment nach, daß
ein Protein, der Wachstumsfaktor TGFβ
(transforming growth factor beta), in
Nervenzellen dieselben Veränderungen
hervorruft, die als bestimmend für die
Bildung von Langzeitgedächtnis gelten:
eine Zunahme der Verbindungen zwischen sensorischen Neuronen (Nerven,
die Impulse zum Muskel leiten) und
Motoneuronen (Nerven, die den Muskel steuern).
Die Arbeit der Forschergruppe aus
Houston zeigt, so der Jenaer Zellbiologe Reinhard Wetzker, „die enorme
Plastizität des Nervensystems“. Entgegen früherer Annahmen wird es lebenslang von Wachstumsfaktoren und
Meeresschnecke: „Bei Aplysia kennen wir jedes Neuron mit Vornamen“
fessor an Ereignisse, Orte und Mitmenschen aus seiner Schul- und Studentenzeit.
Auch das damals erworbene Fachwissen
hält er noch parat. Doch seit dem Schlaganfall steht die Zeit für ihn still. Wer ihn
nach der laufenden Jahreszahl fragt, bekommt stets zur Antwort: 1982.
In anderen Fällen, die Markowitsch schildert, verkraftete das scheinbar so störanfällige Langzeitgedächtnis selbst ausgedehnte Hirnschäden. Das Speichersystem
erwies sich als fähig, massive Erinnerungsverluste zumindest halbwegs auszugleichen – so bei einem Geschäftsmann, der
beim Reiten vom Pferd gestürzt war und
schwere Verletzungen vor allem am rechten Schläfenlappen des Großhirns erlitten
hatte.
Der Unfall löschte alle autobiographischen Daten aus dem Gedächtnis des Managers; er konnte sich weder an seine Familienangehörigen noch an seinen früheren
Beruf erinnern. Intakt geblieben war jedoch sein Wissenssystem. Es half ihm bei
der Rekonstruktion und der Fortschreibung seiner Biographie.
Anders als der zerstreute Medizinprofessor, der nur noch in der Vergangenheit
lebt, kann sich der verunglückte Reiter
nicht nur Sachwissen (darunter auch den
eigenen, vergessenen Lebenslauf) neu einprägen; auch persönliche Erlebnisse aus
der Zeit nach dem Unfall behält er zuverlässig im Kopf. Nur wirkt er, selbst wenn er
sich an Intimes erinnert, „merkwürdig unbeteiligt“, wie Markowitsch notiert; auch
bewegende Ereignisse referiert er so emotionslos wie ein Nachrichtensprecher im
Rundfunk.
Offensichtlich, meint Markowitsch, verbuche das lädierte, seiner rechten Hemisphäre weitgehend beraubte Gehirn des
* 1922, mit Enkel Stephen Gabriel.
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Unfallopfers jegliche Information wie
trockenes Schulwissen – ein Erscheinungsbild wie bei jenem verstörten Familienvater, der auf der Fahrt zum Bäcker die Erinnerung an sich selbst verlor.
Bei Untersuchungen mit dem PET-Gerät
zeigte sich, daß der Mann beim Versuch,
Erinnerungen aus seinem früheren Leben
hervorzukramen, stets nur sein Linkshirn
mobilisierte, die Anlaufstelle für Sachwissen. Rätselhaft blieb dabei, was die
Blockade der rechten Hemisphäre ausgelöst hatte; ein Hirndefekt lag nicht vor –
war ein Psychoschock schuld an dem plötzlichen Blackout?
Dergleichen, so hatte einst der Psychoanalytiker Sigmund Freud gelehrt,
widerfahre in der frühen Kindheit jedem
Menschen: Ein elterlicher Machtspruch,
der den „polymorph perversen“ Trieben
des Kleinkinds moralische Schranken setzt,
tilgt laut Freud ein für allemal jede Erinnerung an die ersten drei, vier Lebensjahre.
Markowitsch und seine Fachkollegen
glauben nicht an Freuds Theorie vom frühkindlichen Moralschock. Bei Kindern im
Alter von vier Jahren, so haben die Forscher nachgewiesen, ist die Entwicklung
der Großhirnrinde noch längst nicht abgeschlossen. Erst später formieren sich all-
Mit der Erinnerung an
das frühere Leben verschwand
auch das Asthma
mählich die nötigen Hirnstrukturen für das
Langzeitgedächtnis, wobei der autobiographische Datenspeicher zuletzt eingerichtet wird.
Eine Erklärung für den jähen Gedächtnisschwund des sonst kerngesunden Radlers hat das Markowitsch-Team bislang
nicht finden können. Psychotherapeutische
Behandlungsversuche schlugen fehl. Womöglich, vermutet Markowitsch, erfülle die
Psychoblockade den unbewußten Wunsch
des Patienten, sich von seinem bisherigen glücklosen Leben endgültig zu verabschieden.
Das ist dem einstigen Gastwirt nur halb
gelungen. Nach seiner Irrfahrt durch die
Kliniken und Max-Planck-Labors ist er in
den Schoß seiner Familie zurückgekehrt,
die ihn über eine Vermißtenanzeige wiederfand.
Anfangs sträubte er sich gegen die Zumutung, seine Ehefrau und die gemeinsamen Kinder als Angehörige zu akzeptieren; er hielt sie für Fremde. Auch die
Wohnungseinrichtung daheim fand er
scheußlich.
Inzwischen hat er sich an die für ihn
neue alte Umgebung gewöhnt. Seiner
Gesundheit ist der Gedächtnisverlust gut
bekommen. Mit den biographischen Erinnerungen ist auch sein Asthma verschwunden.
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