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Rehearsal initiates systems memory consolidation, sleep makes it last

Science Advances, April, 24th 2019

Zwei Regionen unseres Gehirns werden zur Speicherung von Gedächtnis verwendet: Der Hippocampus und die Großhirnrinde. Während ersterer vor allem kurzfristig zur Aufnahme neuer Information benötigt wird, kann letztere große Mengen an Information für lange Zeit speichern. Welche Rolle der Schlaf bei der Verfestigung von neu Gelerntem spielt, ist eine Frage, die seit langem Rätsel aufgibt. Ein Forschungsteam der Universität Tübingen um Lea Himmer, Dr. Monika Schönauer und Professor Steffen Gais hat nun mithilfe von bildgebenden Verfahren gezeigt, dass durch wiederholtes Üben schon innerhalb kurzer Zeit in der Großhirnrinde, dem Langzeitspeicher für Gedächtnis, neue Gedächtnisspuren aufgebaut werden können. Allerdings sind diese Spuren nur dann für sich allein ausreichend, wenn auf das Lernen Schlaf folgt – anderenfalls muss das Gehirn wieder zusätzlich auf den Hippocampus zurückgreifen. Diese Ergebnisse verbinden unser Wissen um die Bedeutung des Schlafs für die langfristige Festigung von Gedächtnis mit der neuen Erkenntnis, dass wiederholtes Üben sehr schnell zu einer hippocampusunabhängigen Gedächtnisrepräsentation führen kann. Die Studie der Tübinger Neurowissenschaftlerinnen und Neurowissenschaftler erscheint am 24.04.2019 im Fachjournal Science Advances.

In der neuen Studie stellten die Wissenschaftler ihren Probanden eine Lernaufgabe, in der sie sich in sieben Wiederholungen eine Wortliste einprägen sollten. Während sie diese Aufgabe ausführten, wurde ihre Gehirnaktivität in einem Magnetresonanztomographen (MRT) aufgezeichnet. Zwölf Stunden später wiederholten die Probanden dieselbe Aufgabe mit der bereits gelernten und einer neuen Wortliste. Die Hälfte der Personen hatte in dieser Zeit geschlafen, die andere Hälfte war wach geblieben. Wiederholtes Üben führte schon innerhalb einer Stunde dazu, dass das Gelernte mithilfe des hinteren Parietallappens, einer Region der Großhirnrinde, abgerufen wurde. Der Hippocampus wurde gleichzeitig immer weniger benötigt. „Dieses Muster weist auf eine schnelle Bildung von Gedächtnisspuren in der Großhirnrinde hin“, sagt Monika Schönauer. „Zusätzlich zeigt der Parietalkortex auch nach zwölf Stunden eine stärkere Aktivität bei gelernten Worten im Vergleich zu neuen Worten, was für eine Langzeitstabilität dieser Spuren spricht.“ Allerdings der Hippocampus nur dann unbeteiligt, wenn Probanden nach der ersten Sitzung schliefen. Blieben die Probanden wach wurde er auch bereits bekannten Wörter wieder ebenso benötigt, wie für neue Wörter. „Damit zeigen wir, dass im Schlaf Gedächtnisprozesse ablaufen, die über reines Wiederholen hinausgehen. Lernwiederholungen können langfristige Gedächtnisspuren anlegen, die Unabhängigkeit dieser Spuren vom Hippocampus hängt jedoch entscheidend vom Schlaf ab“, sagt Lea Himmer.

Der Schlaf wirkt sich also vor allem auf den Hippocampus aus. „Wie Hippocampus und Großhirnrinde genau zusammenspielen, bleibt noch offen“, stellt Steffen Gais, der Leiter der Arbeitsgruppe fest. „Diese Interaktion zu verstehen, ist ein wichtiger Schritt zur Weiterentwicklung der gängigen Theorien zur Gedächtnisbildung.“ Das Wissen, unter welchen Bedingungen Gedächtnis direkt in der Großhirnrinde gespeichert wird und welche Rolle der Hippocampus spielt, sei langfristig auch zum Verständnis von Lern- und Gedächtnisstörungen von Bedeutung.