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Den Ripples auf der Spur

Wie kommuniziert der Hippocampus mit dem Rest des Gehirns?

Doch worauf basiert dieser Dialog zwischen Hippocampus und Kortex und wie kommuniziert der Hippocampus mit dem Rest des Gehirns? Um Antworten auf diese Fragen zu finden, müssen Veränderungen in der neuronalen Aktivität aufgespürt und identifiziert werden, die auf eine spezifische Gehirnfunktion hindeuten. Der Stärkung des Gedächtnisses im Schlaf soll ein intern generierter Zustand des Gehirns, das neuronale Replay, zu Grunde liegen.

Im Schlaf rekapituliert das Gehirn bestimmte Aktivitätsmuster © SXC

Kurz gesagt, Informationen aus der externen Welt aktivieren spezifische Neuronen, die für diese Art Information, beispielsweise für das Gesicht einer Person, die Stimme oder den Ort, empfänglich sind. Diese neuronale Aktivierung geschieht in einer bestimmten Reihenfolge.

Überraschenderweise wird nun im Offline-Modus, etwa bei ruhiger Wachsamkeit oder im Schlaf, dieselbe Abfolge an neuronaler Aktivität wiederholt, quasi erneut abgespielt. Dieses Phänomen der Wiederholung wurde an Nagetieren eingehend untersucht. Auch im menschlichen Gehirn geht derselbe neurophysiologische Mechanismus vonstatten.

Synchrone Signale im Hippocampus

Neuroforscher haben festgestellt, dass Episoden neuronaler Wiederholung vorzugsweise im Hippocampus während enger Zeitfenster vorkommen. Sie zeigen dabei mit wenigstens zwei charakteristische Signal-Dynamiken: (a) große Abweichungen im lokalen Feldpotenzial, die auch im Standard-EEG-Signal leicht zu beobachten sind, und (b) damit verbundene schnelle Schwingungen, die Ripples genannt werden und das synchrone Feuern von 50.000-100.000 interagierenden Projektionsneuronen und Interneuronen widerspiegeln.

Ripples (Pfeile) im Hippocampus des Affen. Die obere Bildspur repräsentiert ein lokales Breitband-(0,05-500Hz)-Feldpotenzial, abgeleitet vom Hippocampus eines Affen. Die untere Bildspur repräsentiert dasselbe Signal, Bandpass- (80-180Hz)-gefiltert. Das eingeschobene Bild zeigt die Ripple-Episode in Vergrößerung. © MPI für biologische Kybernetik

Ripple-Ereignisse lassen sich mit Elektroden messen, die man in das entsprechende Subfeld des Hippocampus platziert. Die Ripples verteilen sich über den gesamten Hippocampus. Durch diesen globalen Charakter sind sie optimal als Modulator von Plastizität geeignet. Tatsächlich weist eine große Anzahl von Studien darauf hin, dass der Hippocampus mit Hilfe der Ripples Botschaften an den Kortex schickt und so dessen Plastizität verändert.

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So überträgt er möglicherweise frisch erworbenes Wissen in das Langzeitgedächtnis. Die regionalen Interaktionen zwischen den Zellgruppen wurden und werden sehr detailliert untersucht. Doch was macht der Rest des Gehirns während dieser faszinierenden Aktivität in einem Subfeld des Hippocampus? Aktivieren die Ripples tatsächlich die für das Gedächtnis wichtigen Zentren in der Hirnrinde?

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MPG Jahrbuch / Oxana Eschenko, Max-Planck-Institut für biologische Kybernetik, Tübingen
Stand: 23.08.2013

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In den Schlagzeilen

Inhalt des Dossiers

Lernen im Schlaf
Wie unser Gedächtnis während der Nacht aufgebaut wird

Im Schlaf gelernt
Warum unser Gehirn auch nachts aktiv ist

Wenn das Gehirn offline geht
Was passiert, wenn die äußeren Reize und Einflüsse wegfallen?

Den Ripples auf der Spur
Wie kommuniziert der Hippocampus mit dem Rest des Gehirns?

Mit Hirnscan und Elektroden
Neuer Blick ins Gehirn verrät Zusammenhang

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