Alzheimer: Gestörte Gedächtniswiedergabe im ruhenden Gehirn

Die Alzheimer-Krankheit wird häufig als schleichendes Verblassen beschrieben. Namen geraten in Vergessenheit. Vertraute Wege wirken plötzlich fremd. Der Verlust scheint einzutreten, während Betroffene wach sind und sich erinnern wollen. Doch ein wesentlicher Teil der Schäden bei Alzheimer könnte entstehen, wenn das Gehirn zur Ruhe kommt.

Neue Forschungsergebnisse weisen auf ein Problem hin, das während Ruhephasen des Gehirns auftritt. In dieser Zeit werden jüngste Erlebnisse normalerweise erneut durchlaufen und gespeichert.

Bricht diese Wiederholung zusammen, verankern sich Erinnerungen nicht so, wie sie sollten. Das ähnelt stark den frühen Gedächtnisproblemen, die viele Familien beobachten.

Erinnerungen entstehen in Ruhephasen

Auch wenn der Körper pausiert, stellt das Gehirn seine Arbeit nicht ein. Während kurzer Unterbrechungen, beim Tagträumen oder im Schlaf spielen Nervenzellen aktuelle Ereignisse erneut durch.

Dadurch werden kurzfristige Erlebnisse in länger anhaltende Erinnerungen überführt. So können Menschen sich merken, wo sie geparkt haben, welche Abzweigung sie verpasst haben oder wie sie nach Hause gelangen.

Versagt dieser Vorgang, findet Lernen zwar im jeweiligen Moment statt. Das Problem wird erst später sichtbar: Wege erscheinen unbekannt, Entscheidungen werden wiederholt. Das Gehirn arbeitet, doch die Information bleibt nicht erhalten.

Schäden im Alzheimer-Gehirn

Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler untersuchten diese Frage an Mäusen, die dieselben Amyloid-Plaques entwickeln wie sie bei der Alzheimer-Krankheit vorkommen.

Diese Plaques schädigen bekanntermaßen Hirngewebe, doch auf welche Weise sie das Gedächtnis beeinträchtigen, ließ sich bislang schwerer bestimmen. Das Forschungsteam des University College London erkannte jedoch ein deutliches Muster.

„Die Alzheimer-Krankheit wird durch die Ansammlung schädlicher Proteine und Plaques im Gehirn verursacht, was zu Symptomen wie Gedächtnisverlust und beeinträchtigter Orientierung führt“, sagte die Mitautorin der Studie und Forschungsmitarbeiterin Dr. Sarah Shipley. „Wie genau diese Plaques normale Prozesse im Gehirn stören, ist nicht gut verstanden.“

„Wir wollten nachvollziehen, wie sich die Funktion von Hirnzellen im Verlauf der Erkrankung verändert, um herauszufinden, was diese Symptome auslöst.

Wenn das Gehirn ruht, durchläuft es jüngste Erfahrungen normalerweise erneut – ein Vorgang, der als entscheidend für die Bildung und Erhaltung von Erinnerungen gilt.

Die Forschenden stellten fest, dass diese Wiederholung bei Mäusen gestört ist, die gezielt so verändert wurden, dass sie Alzheimer-ähnliche Amyloid-Plaques entwickeln. Der Zusammenbruch spiegelt sehr genau wider, wie schlecht die Tiere Gedächtnisaufgaben bewältigen.“

Gedächtniskarten im Gehirn

Im Mittelpunkt der Arbeit stand der Hippocampus, eine kleine, aber entscheidende Hirnregion für Lernen und Gedächtnis. Im Hippocampus befinden sich Ortszellen, deren Aktivierungsmuster widerspiegeln, wo sich ein Tier gerade befindet und wo es zuvor war.

Bewegt sich ein Tier durch einen Raum, werden diese Zellen in einer präzisen Reihenfolge aktiv. Während anschließender Ruhephasen wird dieselbe Abfolge üblicherweise erneut abgespielt.

Diese Wiederholung hilft dabei, das Erlebnis dauerhaft im Gedächtnis zu verankern. Es handelt sich um ein System, das bei Säugetieren, einschließlich Menschen, vorhanden ist.

Um diesen Vorgang direkt zu erfassen, liefen die Mäuse durch ein einfaches Labyrinth, während winzige Elektroden gleichzeitig die Hirnaktivität von etwa 100 Ortszellen aufzeichneten.

Nach der Erkundung ruhten die Mäuse, während die Forschenden die Vorgänge in ihrem Gehirn überwachten.

Bei gesunden Mäusen entsprach die Wiederholung dem erwarteten Muster. Bei Mäusen mit Amyloid-Plaques trat sie zwar genauso häufig auf, doch die Reihenfolge war fehlerhaft – die Signale waren durcheinandergeraten.

Wenn die Gedächtniswiedergabe ihre Struktur verliert

Diese ungeordnete Aktivität hatte anhaltende Folgen. Ortszellen blieben über die Zeit nicht mehr stabil. Nach einer Ruhephase bildeten sie dieselben Orte seltener ab als zuvor. Ruhe, die das Gedächtnis eigentlich stärken sollte, schwächte es stattdessen.

Das Verhalten der Tiere entsprach den Hirndaten. Betroffene Mäuse bewegten sich ohne eindeutige Erinnerung durch das Labyrinth. Sie kehrten auf bereits genutzte Wege zurück und hatten Schwierigkeiten, den Überblick darüber zu behalten, wo sie schon gewesen waren.

„Wir haben einen Zusammenbruch in der Art aufgedeckt, wie das Gehirn Erinnerungen festigt, und dieser ist auf der Ebene einzelner Nervenzellen sichtbar“, sagte der Mitautor der Studie Caswell Barry, Professor für Neurowissenschaften am University College London.

„Auffällig ist, dass die Wiederholungsereignisse weiterhin stattfinden – aber ihre normale Struktur verloren haben. Das Gehirn hört nicht einfach auf, Erinnerungen festigen zu wollen; vielmehr ist der Prozess selbst fehlerhaft geworden.“

Hinweise auf frühe Alzheimer-Symptome

Gedächtnisverlust bei Alzheimer tritt nicht auf einmal ein. Lange bevor schwere Symptome erkennbar werden, summieren sich kleine Ausfälle. Schwierigkeiten, stabile Erinnerungen zu bilden, gehören zu den frühesten Anzeichen.

Indem die Studie zeigt, dass die Gedächtniswiedergabe bei Alzheimer vorhanden, aber ungeordnet sein kann, erklärt sie besser, warum Erinnerungen unzuverlässig wirken, obwohl das Gehirn aktiv zu sein scheint.

Die Untersuchung weist zudem auf ein Zeitfenster hin, in dem Maßnahmen helfen könnten, bevor sich umfassende Schäden ausbreiten.

Alzheimer-Therapien neu denken

Die Ergebnisse könnten auch neue Ansätze eröffnen, Alzheimer früher zu erkennen. Veränderungen in den Wiederholungsmustern könnten zu Signalen werden, die vor einem ausgeprägten Gedächtnisverlust auftreten.

„Wir hoffen, dass unsere Ergebnisse dabei helfen könnten, Tests zur frühen Erkennung von Alzheimer zu entwickeln, bevor umfangreiche Schäden entstanden sind, oder zu neuen Behandlungen führen, die auf diesen Wiederholungsprozess abzielen“, sagte Barry.

Die Forschenden untersuchen nun, ob sich die Gedächtniswiedergabe über den Neurotransmitter Acetylcholin beeinflussen lässt, auf den bereits Medikamente zur Behandlung von Alzheimer-Symptomen abzielen.

Durch ein besseres Verständnis dieses Mechanismus hoffen sie, diese Behandlungen wirksamer zu machen.

Die vollständige Studie wurde in der Fachzeitschrift Current Biology veröffentlicht.