Studie erforscht das Aufkommen von Vorhersagemodellen im Hippocampus

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von Ingrid Fadelli , Medical Xpress

Neurowissenschaftliche Studien haben herausgefunden, dass das Gehirn Ereignisse und Erlebnisse spontan in Erinnerungen ordnet, die mental abgerufen und zu verschiedenen Zeitpunkten wiedergegeben werden können. Diese Erinnerungen an vergangene Ereignisse prägen zum Teil die menschliche Wahrnehmung und Verhaltensweise, indem sie beispielsweise Strategien zur Lösung eines gegebenen Problems hervorheben, die sich in der Vergangenheit als wirksam erwiesen haben.

Ein wichtiger Bereich des Hippocampus, bekannt als CA1-Region, wird als unterstützende Struktur der menschlichen Fähigkeit angesehen, relevante Erinnerungen abzurufen, um zukünftige Ergebnisse vorherzusagen, indem vorhersagende Modelle erstellt werden, die grob darstellen, was in verschiedenen Szenarien passieren könnte. Obwohl viele Neurowissenschaftler diese Hypothese untersuchen, sind die Möglichkeiten, wie diese Modelle im Laufe der Zeit erstellt und aktualisiert werden, nach wie vor schlecht verstanden.

Forscher am Hospital for Sick Children in Toronto und der University of Toronto haben kürzlich eine Studie durchgeführt, um besser zu verstehen, wie diese vorhersagenden Modelle in der CA1-Region des Hippocampus entstehen. Ihre Ergebnisse, veröffentlicht in Neuron, zeigen die Aktivität von CA1-Neuronen im Gehirn der Maus, während sie durch Vorhersagen auf der Grundlage ihrer früheren Erfahrungen lernen, eine Aufgabe abzuschließen.

'Wenn wir über Gedächtnis nachdenken, denken wir oft daran, dass es eine Möglichkeit ist, unsere vergangenen Erfahrungen wiederzugeben - eine Art 'Erinnerungseinrichtung'“, erklärte Paul Frankland, einer der Forscher, die die Studie durchführten, gegenüber Medical Xpress. 'Aber eine andere Möglichkeit, das Gedächtnis zu betrachten, ist die Überlegung, wie es zur Vorhersage der Zukunft verwendet werden kann. Dies ist die Fragestellung, mit der wir uns in unserer Studie beschäftigt haben: Wie ermöglichen uns unsere vergangenen Erfahrungen, besser vorauszusehen, was die Zukunft bringen wird?'

Im Rahmen ihres Experiments trainierten Frankland und seine Kollegen 80 Mäuse, Rätsel zu lösen, bei denen sie verschiedene Geräusche unterscheiden mussten, um eine Belohnung in Form von Nahrung zu erhalten. Die von ihnen gelösten Rätsel folgten einer ähnlichen allgemeinen Regel, die den Mäusen ermöglichte, vorherzusagen, was passieren könnte, wenn sie sich auf bestimmte Weise verhielten.

Die Forscher stellten fest, dass die Mäuse im Laufe der Zeit nicht nur lernten, einzelne Probleme zu lösen, sondern auch die zugrunde liegende Regel aller Rätsel erlernten. Letztendlich waren sie in der Lage, diese Regel auf zukünftige Versuche anzuwenden und so neue Rätsel zu lösen, mit denen sie zuvor nicht konfrontiert waren.

'Während wir die Mäuse trainierten und sie beobachteten, haben wir auch die neuronale Aktivität im Hippocampus - einem Bereich des Gehirns, der für die Lösung dieser Arten von Rätseln wichtig ist - abgebildet,' erklärte Frankland. 'Bemerkenswerterweise, sobald die Mäuse es verstanden hatten - also die Regel gelernt hatten - bemerkten wir, dass sich ihre Aktivitätsmuster im Gehirn zu einem zuverlässigen Zustand einpendelten. Wir glauben, dass es dieser Zustand ist, der dem vorhersagenden Modell entspricht - ein Zustand, der es den Mäusen ermöglicht, Vorhersagen über neuartige zukünftige Ereignisse basierend auf ihren früheren Erfahrungen zu treffen.'

Insgesamt bestätigen die von diesem Forscherteam gesammelten Erkenntnisse, dass die CA1-Region des Hippocampus die Entwicklung von vorhersagenden Modellen unterstützt, indem sie Erinnerungen an vergangene Ereignisse mit neuen sensorischen Informationen kombiniert. In Zukunft könnten ihre Arbeiten den Weg für weitere Studien ebnen, die sich auf diese Hirnregion konzentrieren und die Art und Weise, wie das Gehirn Erinnerungen nutzt, um zukünftiges Verhalten zu steuern, weiter aufklären könnten.

'Unsere Studie lenkt den Fokus der Gedächtnisforschung darauf, wie das Gedächtnis nützlich ist, um über die Vergangenheit nachzudenken, hin zu der Frage, wie es für Vorhersagen über die Gegenwart oder Zukunft wichtig ist', fügte Frankland hinzu. 'Wir interessieren uns dafür, welche Art von Dingen die Effizienz der Bildung dieser vorhersagenden Modelle im Hippocampus beeinflussen. Möglicherweise stört Stress die Bildung dieser Modelle oder diese Arten von Modellen bilden sich leichter in der frühen Entwicklung - in jüngeren Gehirnen, die weniger Erfahrung mit der Welt haben und schnell Modelle darüber bilden müssen, wie die Welt funktioniert.'

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