Hirnforscher entschlüsseln den Rhythmus der Erinnerung

Von: ddp
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Bonn. Das menschliche Gehirn verfügt augenscheinlich über eine Art Metronom, das die Vorgänge im Kurzzeitgedächtnis koordiniert.

Deutsche Wissenschaftler haben herausgefunden, dass die beteiligten Nervenzellen im Gehirn zwar nur für wenige Sekunden bis zu einer Minute aktiv sind, doch sie frischen die Erinnerung nach einem festen Takt wieder auf.

Beteiligt ist dabei eine Struktur im Schläfenlappen: Die elektrische Aktivität des Hippocampus ändert sich zyklisch. Diesen Schwingungen sind die Forscher bei einem Experiment auf die Spur gekommen, bei dem Probanden Gesichter erkennen sollten. Bislang galt der Hippocampus als eine der Schlüsselregionen für die Funktion des Langzeitgedächtnisses. Die Studienergebnisse der Forscher um Nikolai Axmacher sind im Fachmagazin „PNAS” erschienen (doi: 10.1073/pnas.0911531107).

Bei dem Experiment wurden Probanden Fotos von Gesichtern vorgelegt, manchmal nur ein Bild, manchmal sogar vier. Kurz darauf präsentierten die Wissenschaftler ihren Versuchspersonen ein weiteres Foto: Diese sollten nun angeben, ob sie es zuvor schon gezeigt bekommen hatten oder ob es sich um ein neues Gesicht handelte. „Während dieses Experiments haben wir die Hirnströme der Teilnehmer aufgezeichnet”, erläutert der Bonner Hirnforscher Axmacher.

Dabei konzentrierten sie sich auf den Hippocampus im Schläfenlappen, der quasi schwingt: Die elektrische Aktivität ändert sich rhythmisch und das gleich in verschiedenen Frequenzen. Dabei schwingt sogenannte Theta-Band nur mit vier bis acht Hertz, also vier bis acht Zyklen pro Sekunde. Deutlich schneller ist mit 25 bis 100 Hertz das Gamma-Band.

Die Forscher vergleichen diese Bänder mit zwei unterschiedlich schnell gespielten Trommeln, die nichts miteinander zu tun haben wollen - wird das Kurzzeitgedächtnis aber aktiv, hat das Durcheinander ein Ende: Die langsame Theta-Trommel übernimmt plötzlich die Rolle des Metronoms und gibt der Gamma-Trommel den Takt vor. Innerhalb dieses Takts schlägt diese dann beispielsweise die Viertel. Hirnforscher sprechen auch von „frequenzübergreifender Kopplung”.

„Wir vermuten, dass die Erinnerung an die verschiedenen Gesichter sequenziell aufgefrischt wird”, erklärt Co-Autor Jürgen Fell. „Und zwar jedes Gesicht zu seinem eigenen spezifischen Zeitpunkt im Theta-Zyklus.” Um beim Trommel-Bild zu bleiben: Immer wenn die Gamma-Trommel das erste Viertel schlägt, wird das Erregungsmuster von Gesicht 1 aufgefrischt. Auf dem zweiten Viertel folgt Gesicht 2, auf dem dritten Gesicht 3, und am Ende des Taktes ist der komplette Erinnerungszyklus abgeschlossen. Der Hippocampus murmelt quasi die besonderen Merkmale der Gesichter zu den Schlägen der Gamma-Trommel rhythmisch vor sich hin.

Der Theta-Takt bestimmt hingegen die Zeitspanne, die dem Kurzzeitgedächtnis zur Auffrischung sämtlicher Gesichter insgesamt zur Verfügung steht. Für diese Interpretation spricht ein weiterer Befund: Die Theta-Schwingung wurde nämlich umso langsamer, je mehr Gesichter sich die Probanden merken sollten. Je mehr Information das Kurzzeitgedächtnis speichern muss, desto länger braucht es auch, um diesen Inhalt zyklisch aufzufrischen.
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