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Klosterneuburg, 23. Dezember, 2016
Bitte beachten Sie die
Sperrfrist bis 29. Dezember 2017, 18:00 MEZ
Der Rhythmus der die Erinnerung festigt
Wissenschaftler des IST Austria identifizieren den Mechanismus der rhythmische
Hirnwellen reguliert • Synaptische Inhibition ist der Schlüssel zu nachhaltigen
Erinnerungen
Jedes Mal wenn wir etwas Neues lernen, muss die Erinnerung daran nicht nur angelegt,
sondern auch gefestigt werden. Dieser Prozess nennt sich Gedächtniskonsolidierung und es
ist bekannt, dass bestimmte Gehirnwellen dabei eine entscheidende Rolle spielen. Welcher
Mechanismus ihnen jedoch zugrunde liegt und ihre Form und ihren Rhythmus diktiert, war
bisher unklar. Eine in Neuron publizierte Studie zeigt nun, dass eine der Wellen, die für die
Gedächtniskonsolidierung verantwortlich ist, von synaptischer Inhibition dominiert wird.
So genannte Sharp Wave Ripples (SWRs) gehören zu den drei wichtigsten Hirnwellen, die
vom Hippocampus ausgehen. In der neuen Studie, einer Kooperation zwischen den
Forschungsgruppen um die Professoren Peter Jonas und Jozsef Csicsvari, beide vom Institute
of Science and Technology Austria (IST Austria), konnte jetzt der Mechanismus gefunden
werden, der diese Oszillation der neuronalen Aktivität in Mäusen erzeugt. „Unsere Resultate
geben
darüber
Aufschluss,
welcher
Mechanismus
diesen
hochfrequenten
Netzwerkoszillationen zugrunde liegt. Da unsere Experimente sowohl Informationen zur Phase
als auch zur Position der zugrunde liegenden Leitfähigkeit liefern, konnten wir zeigen dass es
zeitlich genau abgestimmte synaptische Inhibition ist, die die Sharp Wave Ripples erzeugt“,
erklärt Professor Peter Jonas.
Wenn Neuronen synchron oszillieren, summiert sich ihre elektrische Aktivität, sodass
Messungen des Feldpotentials möglich werden. SWR sind eine der synchronsten
Oszillationen im Gehirn. Ihr Name leitet sich von der charakteristischen Form ab, die bei der
Messung des lokalen Feldpotentials zu Tage tritt: die langsamen Wellen haben eine scharfe,
dreieckige Form mit einer überlagerten Kräuselung („Ripples“), die durch schnelle
Feldoszillationen zustande kommt. Es wird angenommen, dass SWRs eine Schlüsselrolle in
der Gedächtniskonsolidierung spielen. In dieser Studie wollten die Forscher ergründen, ob die
„Ripples“ durch zeitliche Modulation der Exzitation oder der Inhibition der Synapsen, also der
Verbindungen zwischen den Neuronen, verursacht werden. Für Professor Jozsef Csicsvari
war dafür das Zusammenführen unterschiedlicher Expertisen unerlässlich: „SWRs spielen
eine wichtige Rolle im Gehirn, aber die Mechanismen die sie erzeugen waren bisher nicht
identifiziert – vermutlich aufgrund der technischen Limitationen in den Experimenten. Wir
haben nun die Expertise der Forschungsgruppe um Peter Jonas im Aufzeichnen unter
Voltage-Clamp-Bedingungen mit der Erfahrung meiner eigenen Gruppe in der Analyse von
elektrischen Signalen in aktiven Mäusen kombiniert. Diese Kollaboration ermöglichte noch nie
da gewesene Messungen und wir konnten somit die ersten hochaufgelösten Aufzeichnungen
von synaptischen Strömen während der SWR in wachen, aktiven Mäusen durchführen.“
Die Neurowissenschaftler fanden dass sich die Frequenz sowohl der exzitatorischen als auch
der inhibitorischen Ereignisse an der Synapse während der SWRs erhöhte. Aber quantitativ
dominierte während der Erzeugung der SWR die synaptische Inhibition, also die Hemmung,
über die Exzitation. Darüber hinaus korrelierte die Stärke der synaptischen Inhibition mit der
Amplitude der SWRs, was darauf hindeutet, dass die inhibitorischen Ereignisse die Oszillation
antreiben. Inhibitorische Ereignisse waren mit individuellen Zyklen der Ripple-Oszillationen
phasengebunden. Schließlich konnten die Forscher auch zeigen, dass die sogenannten PV+
Interneuronen
- Neuronen, die inhibitorischen Output an andere Neuronen liefern –
hauptverantwortlich für die Erzeugung von SWRs sind.
Die Autoren schlagen nun ein Modell vor, an dem zwei bestimmte Regionen des
Hippocampus, CA1 und CA3 beteiligt sind. Ihrem Modell zufolge werden SWRs durch eine
Kombination von tonischer Exzitation durch die CA3 Region und phasischer Inhibition in der
CA1 Region erzeugt. Jian Gan, Erstautor der Studie und Postdoc in der Gruppe von Peter
Jonas, erklärt die Implikationen der temporalen Codierung der Information in der CA1 Region:
„In unserem Ripple-Modell sorgt die Inhibition für das präzise Timing der feuernden Neuronen.
Das könnte äußerst wichtig für das Abspielen von neuronalen Aktivitätssequenzen und für das
Festigen
des
Gedächtnisses
Gedächtniskonsolidierung sein.“
sein.
Inhibition
könnte
der
Hauptakteur
der
Kontakt:
Prof. Peter Jonas
Full Professor
Tel: +43 (0)2243 9000-3701
[email protected]
Dr. Elisabeth Guggenberger
Media Relations Manager
E-Mail: [email protected]
Tel: +43 (0)2243 9000 1199
Mobil: +43 (0)664 88326170
IST Austria
Das Institute of Science and Technology (IST Austria) in Klosterneuburg ist ein Forschungsinstitut mit eigenem
Promotionsrecht. Das 2009 eröffnete Institut widmet sich der Grundlagenforschung in den Naturwissenschaften,
der Mathematik und den Computerwissenschaften. Das Institut beschäftigt ProfessorInnen nach einem TenureTrack-Modell und Post-DoktorandInnen sowie PhD StudentInnen in einer internationalen Graduate School. Neben
dem Bekenntnis zum Prinzip der Grundlagenforschung, die rein durch wissenschaftliche Neugier getrieben wird,
hält das Institut die Rechte an allen resultierenden Entdeckungen und fördert deren Verwertung. Der erste Präsident
ist Thomas Henzinger, ein renommierter Computerwissenschaftler und vormals Professor an der University of
California in Berkeley, USA, und der EPFL in Lausanne, Schweiz.
www.ist.ac.at
Bild: Vorverstärker und Verstärker die für die Aufzeichnung der Gehirnwellen in den in vivo
Experimenten der Studie verwendet wurden. Fotocredit: MotionManager
Bild: Während der Sharp Wave Ripples (oben dargestellt) ist die Amplitude der inhibitorischen
Leitfähigkeit (blaue Kurve) deutlich größer als die der exzitatorischen Leitfähigkeit (rote Kurve).
Das zeigt, dass Inhibition der Mechanismus ist, der dieser Hirnwelle zugrunde liegt.
Bildcredit: IST Austria