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Wissenschaftler erfassen eine Erinnerung, die sich im Gehirn eines lebenden Fisches bildet

Dies ist der Erinnerungspalast.

Du kannst dich höchstwahrscheinlich lebhaft an deinen Herzschmerz erinnern. Wenn du vom Verlust einer Beziehung taumelst, die du nicht beenden wolltest, sind deine emotionalen und körperlichen Reaktionen ein Wirrwarr, und solche qualvollen Herzschmerzen können verheerend sein,sich so gründlich in dein Gehirn einprägt, dass es unmöglich wird, es zu vergessen.

Aber haben Sie jemals darüber nachgedacht, welche psychologischen Veränderungen in Ihrem Gehirn auftreten, während eine solche Erinnerung gebildet wird?

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Ein Forscherteam der University of Southern Californiahat sich dieser Frage zum ersten Mal gestellt durch genetische Erzeugung von Erinnerungen konstruiert Zebrafische und dann die Veränderungen in ihren durchsichtigen Köpfen beobachten, wenn Gehirnzellen aufleuchten.

Mit anderen Worten, die Forscher haben die ersten Momentaufnahmen der Erinnerung eines lebenden Tieres in Echtzeit erstellt.

Wie Erinnerungen entstehen

Während viele Aspekte des Gehirns weitgehend unerforscht sind, sagen Wissenschaftler glauben, dass Erinnerungen auftreten wenn bestimmte Cluster von Neuronen reaktiviert werden. Wenn Sie zum Beispiel an Ihr erstes Haustier denken, werden verschiedene Gruppen von Neuronen aktiv.

Wissenschaftler sind sich im Allgemeinen einig, dass das Gehirn Erinnerungen erzeugt, indem es Synapsen verändert, die die kleinen Verbindungsstellen sind, an denen sich Neuronen verbinden; das muss jedoch nicht der Fall sein.

In der neuesten Studie, veröffentlicht in der Zeitschrift Proceedings of the National Academy of Sciences, fanden die Forscher heraus, dass Lernen dazu führt, dass Gehirnsynapsen an einigen Stellen wachsen und an anderen absterben, anstatt einfach ihre Stärke zu ändern, wie zuvor angenommen.

Und die Forscher glauben, dass diese Veränderungen in Synapsen helfen könnten zu erklären, wie Erinnerungen entstehen und warum einige Arten von Erinnerungen stärker sind als andere.

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Überraschende Ergebnisse dank neuer Methoden

In der Studie konnten die Forscher erstmals die Stärke und Position von Synapsen im Gehirn eines lebenden Zebrafisches beurteilen, das häufig zur Untersuchung der Gehirnfunktion verwendet wird.

Außerdem konnten sie Synapsen im selben Gehirn im Laufe der Zeit vergleichen, indem sie den Fisch mit einem Mikroskop am Leben hielten, das es ihnen ermöglichte, Veränderungen in Lebewesen zu sehen.

Lernen bei Zebrafischlarven zu induzieren, um zu testende Erinnerungen aufzubauen, bedeutete, dass das Forschungsteam neue Methoden entwickeln musste. In seinem bahnbrechenden Ansatz konditionierte das Team den 12 Tage alten Fisch darauf, das Einschalten eines Lichts mit unangenehmer Erwärmung zu assoziierenden Kopf mit einem Infrarotlaser, eine Aktion, die sie zu vermeiden versuchten, indem sie wegschwammen. Fische, die lernten, das Licht mit dem sich nähernden Laser zu identifizieren, würden mit ihrem Schwanz schlagen, um anzuzeigen, dass sie es gelernt hatten.

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Nach fünf Stunden Training war das Team in der Lage, signifikante Veränderungen im Gehirn dieser Zebrafische zu sehen und aufzuzeichnen, und entdeckte, dass die Synapsen in einem Teil des Gehirns zerstört wurden, anstatt dass die Erinnerung Veränderungen in der Stärke bestehender Synapsen verursachteund in einem anderen Teil des Gehirns wurden völlig neue Synapsen erzeugt.

Das Wichtigste zum Mitnehmen

„In den letzten 40 Jahren war die allgemeine Meinung, dass man lernt, indem man die Stärke der Synapsen ändert, aber das haben wir in diesem Fall nicht gefunden“, erklärte Carl Kesselman, ein Informatiker am USC Viterbi, in einer Pressemitteilung.

Die Forscher glauben, dass dies darauf hindeutet, dass Unterschiede in der Anzahl der Synapsen Erinnerungen kodieren, und auch dazu beitragen könnte, zu erklären, warum negative assoziative Erinnerungen, wie sie mit PTBS zusammenhängen, so hartnäckig sind.

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Eines ist jedoch sicher: Diese Studie ist nur ein Puzzleteil wie sich Erinnerungen bilden, und es bleiben noch viele Fragen offen, etwa wie lange diese Erinnerungen und synaptischen Veränderungen im Zebrafisch verbleiben. Als nächstes wollen die Forscher sehen, ob diese Erkenntnisse auf Tiere mit größeren Gehirnen zutreffen.

Studienzusammenfassung:
Die Definition der strukturellen und funktionellen Veränderungen im Nervensystem, die dem Lernen und Gedächtnis zugrunde liegen, stellt eine große Herausforderung für die moderne Neurowissenschaft dar. Obwohl Veränderungen der neuronalen Aktivität nach der Gedächtnisbildung untersucht wurden [BF Grewe et al., Natur 543, 670–675 2017; MT Rogan, UV Stäubli, JE LeDoux, Natur 390, 604–607 1997], bleiben die zugrunde liegenden strukturellen Veränderungen auf Synapsenebene kaum verstanden. Hier erfassen wir synaptische Veränderungen im Mittellarven-Zebrafischgehirn, die während der assoziativen Gedächtnisbildung auftreten, indem wir exzitatorische Synapsen abbilden, die mit rekombinanten Sonden markiert sindSelektive Ebenenbeleuchtungsmikroskopie.Die Bildgebung der gleichen Probanden vor und nach der klassischen Konditionierung beieinzelner Synapsenauflösung stellt eine unvoreingenommene Kartierung synaptischer Veränderungenbegleitender Gedächtnisbildung bereit.Bei Kontrolltieren und Tieren, die die Aufgabe nicht lernten, gabes keine signifikanten Veränderungen im RaumMuster von Synapsen im Pallium, das das Äquivalent der Amygdala von Säugetieren enthält und für das assoziative Lernen bei Knochenfischen unerlässlich ist [M. Portavella, JP Vargas, B. Torres, C. Salas, Gehirnres. Stier. 57, 397–399 2002]. Bei Zebrafischen, die Erinnerungen bildeten, sahen wir einen dramatischen Anstieg der Anzahl von Synapsen im ventrolateralen Pallium, das Neuronen enthält, die während der Gedächtnisbildung und des Abrufs aktiv sind. Gleichzeitig überwog Synapsenverlust indas dorsomediale Pallium.Überraschenderweise beobachteten wir in keiner Region des Palliums signifikanteVeränderungen in der Intensität der synaptischen Markierung, ein Proxy für synaptischeStärke, bei der Gedächtnisbildung.Unsere Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Gedächtnisbildungaufgrund klassischer Konditionierung mit reziproken Veränderungen verbunden istin Synapsenzahlen im Pallium.

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