Fear-Engramme entsperrt: Eine neuroscientifiche Reise in das Gedächtnis und Verhalten.

Forscher der Boston University haben herausgefunden, dass das Vorhandensein von Angsterinnerungen bei Nagetieren je nach Größe ihrer Umgebung unterschiedliche Reaktionen auslösen kann. Die Studie, die Optogenetik zur Auslösung von Angstengrammen nutzte, liefert neue Erkenntnisse über die Flexibilität von Angstreaktionen mit möglichen Auswirkungen auf die Behandlung angstbedingter Störungen. Quelle: SciTechDaily.com

Die vom Neurowissenschaftler Dr. Steve Ramirez von der Boston University und seinem Team geleitete Forschung untersucht, wie sich Angstreaktionen in verschiedenen Umgebungen verändern und welche Konsequenzen sich daraus ergeben.

Während die Welt mit psychischen Störungen wie Depressionen, Angstzuständen und posttraumatischen Belastungsstörungen zu kämpfen hat, bietet diese neuartige Studie unter der Leitung von Dr. Steve Ramirez von der Boston University spezielle Erkenntnisse. Die kürzlich im Journal of Neuroscience veröffentlichte Studie beschreibt detailliert das komplexe Zusammenspiel zwischen Angsterinnerungen, Gehirnfunktionalität und Verhaltensreaktionen. Dr. Ramirez befasst sich zusammen mit Kaitlyn Dorst, Ryan Senne, Anh Diep, Antje de Boer, Rebecca Suthard, Heloise Leblanc, Evan Ruesch, Sara Skelton, Olivia McKissick und John Bladon mit der schwer fassbaren Natur von Angstengrammen und beleuchtet das Physiologische Aspekt des Gedächtnisses im Gehirn. Dorst und Senne leisteten wichtige Beiträge zu der Initiative, die als Grundlage für Dorsts Doktorarbeit dient.

Die Ergebnisse ihrer Forschung bieten weit mehr als nur Relevanz für die Neurowissenschaften. Dies bedeutet einen erheblichen Fortschritt beim Verständnis der Bildung von Erinnerungen und erweitert unser Wissen über Verhaltensreaktionen in verschiedenen Szenarien. Dies könnte insbesondere bei Anwendungen im Bereich der psychischen Gesundheit von Vorteil sein. In einem Interviewformat spricht Dr. Ramirez über die Inspiration, Hürden und entscheidenden Ergebnisse der Studie.

Dr. Steve Ramirez. Quelle: Persönliche Fotosammlung von Steve Ramirez.

Was hat bei Ihnen und Ihrem Team das Interesse geweckt, den Einfluss von Angsterinnerungen auf das Verhalten in bestimmten Umgebungen zu untersuchen?

Der erste Aspekt, den sie untersuchten, ist, dass Angsterinnerungen zu den am intensivsten untersuchten Gedächtnistypen bei Nagetieren gehören, da sie einen quantitativen, messbaren Verhaltensoutput liefern. Indem sie Veränderungen im Verhalten eines Nagetiers beobachten, wenn es Angst hat, können sie diese Variationen als Anzeichen für Angst erkennen. Angsterinnerungen sind besonders wichtig, da sie zu bestimmten stereotypen Verhaltensweisen führen, wie zum Beispiel dem Erstarren. Zweitens ist Angst eine grundlegende Komponente bei einer Reihe dysfunktionaler Zustände des Gehirns, vor allem bei posttraumatischer Belastungsstörung, allgemeiner Angst und bestimmten Elementen einer Depression. Es stellt einen klaren Zusammenhang zwischen einer Angsterinnerung und ihrem Potenzial zur Umwandlung in Störungen wie PTBS her. Das Team untersuchte Angst, da sie bei Nagetieren messbar ist und bei der Diagnose von Störungen mit Angstreaktionen anwendbar ist.

Könnten Sie näher erläutern, was Angst-Engramme sind und wie Optogenetik genutzt wurde, um sie im Hippocampus zu reaktivieren?

Ein Engramm ist im Grunde die physiologische Form einer Erinnerung, d. h. die im Gehirn vorhandene physische Version der Erinnerung. Es ist immer noch ein etwas rätselhaftes Konzept, da die vollständige Struktur eines Gedächtnisses im Gehirn noch nicht vollständig verstanden ist. Mithilfe fortschrittlicher neurowissenschaftlicher Werkzeuge wurden jedoch einige Fortschritte bei der Visualisierung von Gedächtniselementen im Gehirn erzielt. Es ist offensichtlich, dass bestimmte Zellen im gesamten Gehirn eine Rolle bei der Bildung einer Erinnerung spielen, beispielsweise einer Angsterinnerung.

Was war die primäre Entdeckung bezüglich des Erstarrungsverhaltens in kleineren im Gegensatz zu größeren Umgebungen während der Reaktivierung des Angstgedächtnisses?

Die Ergebnisse waren überraschend eindeutig, da die Ergebnisse zeigten, dass Nagetiere mit Erstarren oder Stillstand reagierten, wenn ein Angstgedächtnis reaktiviert wurde, während sie sich in einer kompakten Umgebung befanden. Dies ist vermutlich eine natürliche Reaktion, um die Entdeckung durch eine mögliche Bedrohung abzuwenden. Die daraus gezogene Schlussfolgerung ist, dass, wenn ein Entkommen aus einer bestimmten Umgebung nicht möglich ist, das Nagetier sich dafür entscheiden würde, auf mögliche Gefahren zu achten, was zu einem Erstarrungsverhalten führt.

Das Faszinierende daran ist, wie dasselbe Tier, wenn genau die Zellen reaktiviert werden, die in einer kleinen Umgebung zum Einfrieren geführt haben, alles dupliziert: die aktivierten Zellen, das damit verbundene Angstgedächtnis usw. In einer größeren Umgebung verschwindet die Einfrierreaktion jedoch. Die Kreatur beginnt, neben dem Erstarren, verschiedene Verhaltensweisen an den Tag zu legen. Dies war unsere erste Erkenntnis: Wenn wir das Angstgedächtnis auf natürliche oder künstliche Weise in einer kleinen Umgebung reaktivieren, friert das Tier ein, in einer großen Umgebung jedoch nicht.

Was uns an dieser speziellen Entdeckung begeisterte, war der Hinweis, dass diese Angstgedächtniszellen nicht dazu bestimmt sind, bei jeder Reaktivierung die gleiche Reaktion auszulösen. Irgendwann entscheidet das Gehirn: „Ich erinnere mich an eine Angsterinnerung, jetzt muss ich herausfinden, was die angemessenste Reaktion ist.“

Sind Sie während des Rechercheprozesses auf Hürden oder Schwierigkeiten gestoßen, und wenn ja, wie haben Sie diese gelöst?

Es gab ein paar. Erstens war es für uns ziemlich einfach, das Verhalten mehrmals zu reproduzieren, bis zu dem Punkt, dass wir von einem Element der Wahrheit überzeugt waren. In der zweiten Hälfte, die den größten Teil der Arbeit einnahm, wurde ermittelt, was im Gehirn diesen Unterschied verursacht. Wie wir festgestellt haben, erstarren die Tiere, wenn wir in einer kleinen Umgebung ein Gedächtnis künstlich aktivieren; aber nicht in einer größeren Umgebung, selbst wenn wir dieselben Zellen aktivieren. Was ist also anders am Gehirnzustand des Tieres, wenn wir dieses Gedächtnis in einer kleinen Umgebung reaktivieren als in einer großen? Es ist klar, da es völlig gegensätzliche Verhaltensweisen zeigt – Einfrieren oder Nichteinfrieren.

Wir wollten herausfinden, was unter diesen beiden unterschiedlichen Bedingungen im Gehirn passiert. Dies führte uns zu einer mehrjährigen umfassenden Erforschung, um die Aktivitätsmuster des Gehirns zu kartieren, wenn diese Erinnerungen in Umgebungen unterschiedlicher Größe stimuliert wurden. Wir haben eine Reihe von Technologien eingesetzt, um das Gehirn zu untersuchen – wir können das Gehirn sogar völlig transparent machen – und so mithilfe hochentwickelter Mikroskope das Gehirn dreidimensional sichtbar machen. Es ist vergleichbar mit einer zellulären MRT für Nagetiere. Wir haben Karten erstellt, die zeigen, was im Gehirn reagiert, wenn ein Gedächtnis stimuliert wird. Anschließend verglichen wir die Gehirnkarte bei der Aktivierung des Gedächtnisses des Tieres in einer kleinen Umgebung mit der einer großen Umgebung.

Es gibt Gemeinsamkeiten und Unterschiede. Es gibt bestimmte Teile des Gehirns, die unabhängig von der Umgebung immer dann aktiv werden, wenn eine Erinnerung angeregt wird. Allerdings gibt es Teile, die nur in einer großen oder kleinen Umgebung aktiv sind. Das ist spannend, weil es darauf hindeutet, dass die Bereiche, die normalerweise nicht aktiv sind, entscheidend für die Entscheidung des Gehirns sein könnten, ob es einfriert oder nicht. Dieser Prozess war jedoch eine Herausforderung, da er kompetente technische Fähigkeiten erforderte, wie etwa die transparente Darstellung von Gehirnen und deren dreidimensionale Abbildung bis hin zur Zellebene.

Wie könnten die Erkenntnisse dieser Studie in Zukunft genutzt oder erweitert werden, insbesondere im Zusammenhang mit dem Verständnis und der Behandlung angstbedingter Störungen?

Der Kontext ist eindeutig entscheidend. Ein Beispiel könnte sein, dass zwei Personen möglicherweise das gleiche Angstniveau haben, die Grundursache der Angst jedoch zwischen beiden erheblich variieren kann. Auch die Auswirkungen der Angst auf ihr Verhalten können unterschiedlich sein. Eine Person geht möglicherweise im Raum auf und ab, während die andere gedankenverloren dasitzt. Die gleiche kognitive Fähigkeit kann sehr unterschiedlich ausgedrückt werden. In diesem Fall glauben wir, dass es bei Angsterinnerungen dasselbe ist – ihr Ausdruck hängt davon ab, was das Tier erlebt. Möglicherweise hängt die Art und Weise, wie eine Erinnerung bei Menschen zum Ausdruck kommt, auch vom Kontext ab, etwa von den Begleitern, den Umständen, dem Ort usw.

Das ist also ein Aspekt, aber ich denke, dass die direktere Relevanz darin besteht, dass wir seit einem Jahrzehnt wissen, dass diese Zellen im Hippocampus ausreichen, um eine Erinnerung anzukurbeln, wenn wir sie reaktivieren. Aber dann stellt sich die Frage: Was passiert, wenn wir sie reaktivieren und mehr als nur die Größe der Umgebung ändern? Wenn wir ein Angstgedächtnis aktivieren, aber während ein Tier mit seinen Nagetierfreunden im Käfig ist, ändert das dann, wie sich dieses Angstgedächtnis anders manifestiert?

In diesem Sinne hoffen wir, dass es einen besseren Überblick darüber gibt, wie diese Experimente aussehen können, und wirklich auf der Idee aufbaut, dass wir Erinnerungen aktivieren und in drei Dimensionen aufzeichnen können, was im gesamten Gehirn passiert. Wir können das nutzen, um diese Schnitzeljagd fortzusetzen und Ziele im Gehirn zu finden, um Angstreaktionen abzuschwächen.

Wie könnten die Ergebnisse dieser Studie im Hinblick auf umfassendere Implikationen zu unserem Verständnis der Beziehung zwischen Gedächtnis, Gehirnfunktion und Verhaltensreaktionen in verschiedenen Situationen beitragen?

Die größte Erkenntnis ist, dass das Gehirn viele Informationen verarbeitet, bevor eine Erinnerung in die Tat umgesetzt wird. Ich denke, einer der wichtigsten Punkte ist für mich, dass ein Gedanke – und ich verwende hier Gedanken und Erinnerung synonym –, insbesondere wenn er mit einer Erinnerung verbunden ist, uns alle möglichen Dinge spüren lässt, die mit dieser Erinnerung verbunden sind. Auch hier könnte es eine positive Erinnerung sein, es könnte eine negative Erinnerung sein und alles dazwischen, aber es muss nicht auf die gleiche Weise erscheinen. Ich denke, es ist ein wirklich wichtiger Punkt, den die Menschen verstehen müssen, denn er erinnert daran, dass der Prozess, Gedanken in die Tat umzusetzen, von Person zu Person und von dem, was sie in Echtzeit erleben, unterschiedlich ist.

Nehmen wir an, ich sitze gerade vor Ihnen. Ich könnte die euphorischsten Erinnerungen, die ich habe, und die düstersten, dunkelsten Erinnerungen, die ich habe, durchgehen – das gesamte Spektrum der Emotionen von Glück, Fröhlichkeit und Euphorie bis hin zu düsteren, nachdenklichen oder traurigen Werken durchgehen. Aber ich könnte das alles durchgehen, ohne jemals wirklich mit der Wimper zu zucken, und Sie würden nie wirklich wissen, dass das die Gedanken sind, die ich habe, wenn ich diese Informationen nicht irgendwie freiwillig zur Verfügung stelle. Aber die andere Sache, die es zu bedenken gilt, wäre, dass hier vielleicht subtile Dinge unter der Haube passieren, die wir erkennen könnten. Wenn ich über traurige Erinnerungen nachdenke, lüge ich vielleicht ein bisschen mehr, meine Pupillen weiten sich oder ich schwitze ein bisschen mehr.

Wenn ich mich dagegen an positive Erinnerungen erinnere, werde ich vielleicht etwas munterer, meine Körperhaltung ist besser, meine Pupillen weiten sich auf eine andere Art und meine Herzfrequenz steigt. Es gibt andere, nicht so offensichtliche Metriken zum Auslesen einer Erinnerung, die meiner Meinung nach verwendet werden können. Letztendlich hoffe ich, dass diese Forschung die Menschen zumindest dazu inspiriert, etwas tiefer in das einzutauchen, was wirklich vor sich geht, und zu erfahren, wie unsere Erinnerungen letztendlich zu einer Handlung führen. Ich möchte die Magie verstehen, die geschieht, und ich hoffe, dass die Studie dazu beigetragen hat, ein wenig von dieser Magie zu enthüllen.