Bild: Ionut Stefan
Das Gedächtnis ist für unser Selbstverständnis von grundlegender Bedeutung. Es ermöglicht uns zu lernen, uns anzupassen und uns Dinge vorzustellen. Doch wie das Gehirn Erinnerungen tatsächlich speichert, bleibt eine der faszinierendsten offenen Fragen der Neurowissenschaften. In Berlin arbeiten Dutzende von Forschungsgruppen unter dem Dach des SFB1315 zusammen, einem von der Deutschen Forschungsgemeinschaft geförderten Sonderforschungsbereich, der sich mit dem Verständnis der Mechanismen der Gedächtniskonsolidierung befasst. Von Fliegen über Vögel und Nagetiere bis hin zum Menschen und von molekularen Signalwegen bis hin zu theoretischen Modellen nähert sich der SFB dieser Fragestellung über Arten- und Ebenengrenzen hinweg.
Mit Beginn der dritten Förderphase startet das Zentrum auch eine neue Vermittlungsinitiative, um diese Forschung durch eine Reihe interaktiver Podcasts mit einigen der weltweit renommiertesten Gedächtnisforscher*innen zugänglich zu machen. Wir haben uns mit Prof. Matthew Larkum, Sprecher des SFB1315 und Professor für Neuronale Plastizität an der Humboldt-Universität, zusammengesetzt, um über die Wissenschaft, die Zusammenarbeit, seinen eigenen Werdegang in diesem Bereich und die Rolle der Öffentlichkeit als wesentlichen Bestandteil des Projekts zu sprechen.
„Ich habe mich schon immer für das Gehirn interessiert“
Um die Wissenschaft zu verstehen, hilft es, den Wissenschaftler zu verstehen. Also begannen wir mit einer einfachen Frage: Wie hat alles angefangen?
„Da ich mich schon immer für das Gehirn interessiert habe, ging ich zum Professor für Neurobiologie und fragte, ob ich nach meinem Bachelor-Abschluss in seinem Labor mitarbeiten könne und er sagte ‚Ja, aber mach keine Biologie, mach etwas mit Mathematik und harter Wissenschaft, denn Biologie kannst du später noch lernen.’ Er selbst war Ingenieur. Also begann ich ein Informatikstudium an der Universität Sydney in Australien.“
„Dann habe ich ein Honors-Studium in Physiologie gemacht. Und gerade als ich bei diesem Professor mit meiner Promotion begann, wollte meine Frau in der Schweiz Geige studieren. Also habe ich meine Promotion an ein Schweizer Labor verlegt. So sind wir in Europa gelandet. Ursprünglich wollten wir nur zwei Jahre bleiben, sind aber nie zurückgekehrt.“
Es waren allerdings nicht die Alpen, die ihn zum Bleiben bewogen. Während seiner Zeit in der Schweiz begann Prof. Larkum mit der Aufzeichnung von Neuronennetzwerken, was ihn schließlich zu einem Postdoc-Aufenthalt am Max-Planck-Institut in Heidelberg bei dem Patch-Clamp-Pionier Bert Sakmann führte. Dort richtete er seinen Fokus auf die Dendriten kortikaler Pyramidenneuronen und begann sich dafür zu interessieren, wie einzelne Neuronen Eingaben in Ausgaben umwandeln. Es war, wie er es ausdrückt, eine rechnerische Frage, die sich hinter dem Offensichtlichen verbarg.
„Die Rechenprozesse einzelner Neuronen sind extrem, extrem komplex – gerade weil sie eben nicht so funktionieren, wie sie in den meisten Modellen des Gehirns oder der künstlichen Intelligenz dargestellt werden. Dort basiert das Modell eines Neurons auf einer starken Vereinfachung. Es hat im Grunde keine Dendriten, es zählt nur die Anzahl der Eingaben und wenn es einen Schwellenwert erreicht, gibt es eine Ausgabe. Es stellt sich jedoch heraus, dass die Dendriten selbst ihre eigenen Arten von Aktionspotenzialen haben und sehr aktiv und nichtlinear sind.“
„Im Grunde hat jede Eingabe, die oben eingeht, fast keinen Einfluss auf den unteren Teil. Und da fragt man sich: ‚Warum hat das Ganze dann überhaupt diese Architektur?’“
Das Interesse am Gedächtnis entstand aus der Erkenntnis, dass dendritische Eigenschaften einen besonderen Einfluss auf Gedächtnisprozesse haben. Nach seiner Postdoc-Zeit gründete Prof. Larkum sein eigenes Labor in der Schweiz und erhielt schließlich eine Professur für Neuronale Plastizität in Berlin. Während seiner gesamten Karriere untersuchte er weiterhin den Einfluss komplexer Neuronen auf die Kognition. Dies führte zu seiner heute zentralen Theorie: Das Gedächtnis wird nicht nur in Verbindungen zwischen Neuronen gespeichert, sondern auch davon geprägt, wie Informationen innerhalb einzelner Neuronen selbst fließen. Diese dendritische Integrationstheorie legt nahe, dass das Gedächtnis einen generativen Aspekt haben könnte, der eher der Vorhersage als der Speicherung ähnelt.
Kortikale Pyramidenneuronen haben alle eine ähnliche Form: „Sie sehen alle ein bisschen wie eine Eiche aus, mit einem Stamm, Wurzeln, einem langen, langen Schaft und einem Kronendach aus Ästen an der Spitze.“ Das Kronendach, wie Prof. Larkum es nennt, befindet sich ganz oben in der Großhirnrinde, direkt unter dem Schädel, und ist auffällig frei von Zellkörpern. Und das ist nicht das Einzige, was seltsam ist. „Es ist ungewöhnlich, im Kortex eine so hohe Dichte an weitreichenden Verbindungsfasern zu sehen, denn die meisten Verbindungen in der Nähe liegen. Es ist also seltsam, dass die Kronen all dieser Neuronen eine ganze Menge weitreichender Eingaben empfangen. Und das fiel mir schon damals in Heidelberg während meines ersten Postdocs auf. Ich war erstaunt, wie überraschend das ist, denn es bedeutet, dass all diese weitreichenden Eingaben genau den Teil der Zelle treffen, der am weitesten vom Ausgang entfernt ist. Bei einer so langen Baumstruktur ist das aus elektrischer Sicht enorm. Im Grunde hat jede Eingabe, die oben eingeht, fast keinen Einfluss auf den unteren Teil. Und da fragt man sich: „Warum hat das Ganze dann überhaupt diese Architektur?’“
Wie sich herausstellt, könnte genau diese besondere Architektur der Schlüssel zu etwas sehr Bedeutendem sein. Die baumartige Struktur ermöglicht es einzelnen Neuronen, zwei Informationsströme getrennt voneinander zu verarbeiten: externe sensorische Eingaben an der Basis und interne Signale, Vorhersagen oder Erinnerungen an der Spitze, im Kronendach. Diese internen Eingaben, von denen viele aus gedächtnisbezogenen Regionen wie dem Hippocampus stammen, scheinen eine entscheidende Rolle beim Lernen zu spielen: Wenn sie blockiert werden, wird das Lernen selbst gestört. Gleichzeitig können beide Ströme, da sie in dasselbe Neuron gelangen, auf komplexe, nichtlineare Weise integriert werden, sodass das Neuron eingehende sensorische Daten mit gespeicherten inneren Modellen vergleichen kann. Nach Larkums Ansicht steht diese dendritische Integration nicht nur im Zentrum des Gedächtnisses, sondern auch dessen, wie wir lernen, uns anpassen und ein stabiles Bild von der Welt aufrechterhalten.
„Wir haben ein Experiment entwickelt, das nur aufgrund der kollaborativen Natur Berlins möglich war”
Ein Großteil dieser Arbeit wäre jedoch ohne den kollaborativen Geist der Berliner Forschungslandschaft nicht möglich gewesen.Die Stadt blickt auf eine lange und reiche Geschichte der Gedächtnisforschung zurück, die bis in die Zeit von Hermann Ebbinghaus und darüber hinaus reicht. In diesem Sinne ist der SFB1315 sowohl eine natürliche Fortsetzung dieser Tradition als auch ein Sprung nach vorne. „Als es darum ging, einen Sonderforschungsbereich zu konzipieren, war es aus meiner Sicht das naheliegende Thema für Berlin, diese Arbeit in der Gedächtnisforschung fortzuführen.“
Schon vor der Gründung des SFB1315 forschten Wissenschaftlerinnen verschiedener Institutionen wie der Humboldt-Universität, der Charité-Universitätsmedizin und der Technischen Universität Berlin zur Gedächtniskonsolidierung aus unterschiedlichen Perspektiven. Der SFB1315 bündelte diese Bemühungen, baute auf einer bestehenden Grundlage aus Infrastruktur, Fachwissen und gemeinsamer Neugier auf und vereinte Grundlagenforschung und Theorie über Arten und Methoden hinweg in einem gemeinsamen kollaborativen Rahmen.
„Aus rechnerischer Sicht hat die Gedächtniskonsolidierung einen generativen Aspekt. […] Und das passt sehr gut zur Architektur des Kortex und zu diesen Bäumen, die zwei Regionen haben, und zu der Tatsache, dass so viele wirklich wichtige interne Informationen an die Spitze des Baumes gelangen.“
Das 2018 gestartete Projekt nähert sich nun dem Ende seiner zweiten Förderperiode und bereitet sich auf seine dritte und letzte Phase vor, da zwölf Jahre die maximale Laufzeit für einen Sonderforschungsbereich sind.Rückblickend auf die Erfolge des SFB sagt Prof. Larkum: „Das Spannendste an den bisherigen sieben Jahren ist, dass wir meiner Meinung nach einen maßgeblichen Einfluss auf das Verständnis des Begriffs ‚Systemgedächtniskonsolidierung’ nehmen konnten.“
Jahrzehntelang wurde dieses Forschungsgebiet durch den berühmten Fall von Henry Molaison (oder H.M.) geprägt – einem Patienten, dessen Hippocampus operativ entfernt wurde, wodurch er keine neuen Erinnerungen mehr bilden konnte.Dies führte zu einem ganzen Paradigma, das sich darauf konzentrierte, die Gedächtniskonsolidierung als einen Informationsaustausch zwischen dem Hippocampus und dem Kortex zu verstehen. „In der Psychologie, aber auch in den Neurowissenschaften, versucht man herauszufinden, welche Informationen wohin gelangen.“
„Gedächtnis wird zu nichts anderem als den Erwartungen, die man aufgrund früherer Erfahrungen hat.”
Aber der SFB hat zu einem Wandel dieses Narrativs und zu einer differenzierteren Betrachtung der Gedächtniskonsolidierung beigetragen. „Was sich mittlerweile immer stärker herauskristallisiert, nicht nur in unserem Konsortium, sondern weltweit, ist, dass frühere Informationen einen großen Einfluss auf die Konsolidierung neuer Inhalte haben und dass es sich dabei tatsächlich um eine Verfeinerung von Informationen handelt. Es geht also weniger um eine bloße Übertragung von Informationen, sondern vielmehr um eine spezialisierte, kriteriumsabhängige Stabilisierung genau jener Regionen, die ursprünglich für die ‚Gedanken’ verantwortlich waren.“
„Ich denke, es ist ein Thema, mit dem sich die Menschen auf vielen Ebenen sofort identifizieren können.”
Diese sich entwickelnde Sichtweise auf das Gedächtnis, als Verfeinerung statt Übertragung, hat Auswirkungen, die weit über das Labor hinausgehen. Sie verändert unsere Vorstellung von Lernen, Entwicklung und sogar Identität. Aber es ist auch eine Geschichte, die der breiten Öffentlichkeit weitgehend unbekannt bleibt. Und wenn es um das öffentliche Verständnis geht, gibt es eine klare Diskrepanz. „Einerseits besteht ein natürliches Interesse seitens der Menschen“, sagt Larkum. Andererseits „bekommt man beim Anschauen eines Hollywoodfilms das Gefühl, dass wir eines Tages Menschen programmieren werden, indem wir ihre Erinnerungen verändern“. Davon sind wir aber noch weit entfernt.
Die Überbrückung dieser Lücke ist Teil der Motivation für die neue Vermittlungsinitiative des SFB, ein ehrgeiziges, öffentlichkeitsorientiertes Projekt, das für die letzte Förderperiode geplant ist. Im Zentrum steht eine zehnteilige Podcast-Reihe, in der führende Persönlichkeiten der Gedächtnisforschung zusammenkommen, von denen viele in den letzten sieben Jahren Teil der Arbeit des SFB waren. Diese Gespräche gehen über die Laborbank hinaus und thematisieren das Gedächtnis nicht nur als biologischen Prozess, sondern als etwas zutiefst Menschliches: wesentlich für unser Selbstverständnis, anfällig für Krankheiten und zunehmend relevant in einem Zeitalter digitaler und künstlicher Erinnerung.
Das Format ist ebenso durchdacht wie das Konzept. Jede Folge wird als Live-Veranstaltung in Berlin aufgezeichnet, wobei das Publikum nicht nur zum Zuhören, sondern auch zur aktiven Teilnahme durch Fragen, den Austausch mit den Gästen und die Mitgestaltung der Gespräche eingeladen ist. Die Folgen werden online frei verfügbar sein und bleiben so auch über die Live-Veranstaltungen hinaus dauerhaft zugänglich.
„Man könnte sich vorstellen, eine öffentliche Veranstaltung in einem Gedenkbereich des Tiergartens abzuhalten, um über das Thema zu sprechen, wie Erinnerungen über Jahrhunderte hinweg bewahrt werden.”
In der ganzen Idee liegt eine leise Poesie. Der Podcast ist als eine Art Heimkehr gedacht: die Rückkehr von Menschen, Ideen und Erkenntnissen nach Berlin, einer Stadt mit einem reichen und komplexen eigenen Gedächtnis. Einige Folgen könnten sogar an historisch bedeutsamen Orten aufgenommen werden, um die Wissenschaft so im Gefüge der Stadt zu verankern.
Natürlich wird die Umsetzung dieser Vision nicht ohne Herausforderungen sein. „Es besteht ein natürliches Interesse seitens der Menschen,“ laut Prof. Larkum, „aber es ist schwierig, die Informationen zu verbreiten. Wissenschaftlerinnen sind darin nicht besonders gut.“ Deshalb wird der Podcast nicht dem üblichen Format folgen, bei dem Forscherinnen miteinander sprechen. Während die wissenschaftlichen Inhalte hinter den Kulissen von Mitgliedern des SFB sorgfältig erarbeitet werden, werden die öffentlich zugänglichen Gespräche von einem professionellen Podcaster geleitet, der sich mit komplexen Ideen auskennt und sie verständlich vermitteln kann.
Es gibt auch eine übergeordnete Herausforderung: sicherzustellen, dass diese Ideen über die üblichen akademischen oder medialen Filterblasen hinausreichen. „Wenn man versucht, das so zu steuern, dass es nur einen Teil der Gesellschaft erreicht, dann hat es nicht den Einfluss, den es eigentlich haben sollte.“ Es ist nicht nur ein Kampf um Kommunikation, sondern auch um Beteiligung, und ein Grund, wie er bemerkt, warum die Deutsche Forschungsgemeinschaft so viel Wert auf Öffentlichkeitsarbeit legt. „Jeder sieht, dass eine Gesellschaft, die die Bedeutung von Spitzenforschung und Wissen versteht, eine Gesellschaft mit einem Vorteil ist.“
Trotzdem ist das Ziel klar. „Wir wollen, dass dies ein Vermächtnisprojekt wird“, Prof. Larkum betont. „Ein Projekt, das mit dem SFB begann, aber nach dessen Ende weitergeht und Berlin wirklich als einen Ort definiert, an dem wir begonnen haben, davon zu träumen, was im Bereich der Gedächtnisforschung möglich ist.“
Dieser Artikel ist Teil der wissenschaftlichen Öffentlichkeitsarbeit des SFB1315. Weitere Informationen zum Projekt finden Sie unter www.sfb1315.de.
Was denkst du über diesen Artikel? Lass es uns in der Kommentarspalte wissen. Wenn Du unsere Arbeit unterstützen möchtest, teile sie gerne mit Deinen Freunden oder spendiere uns hier einen Kaffee.
Hier kannst Du unseren RSS Feed abonnieren.
Das könnte Dir auch gefallen: