Was ist eine Erinnerung? Wissenschaftler enträtseln, wie unser Gehirn „Zeitfenster“ der Welt erstellt

Die Noten eines alten Liedes gleiten durch eine Lücke in der Wand, und du bist plötzlich wieder 17 .

In diesem Moment die ach so bekannte Melodie, die Sie gerade hören wird gleichzeitig durch Ihr Kurzzeitgedächtnis – an das auftretende Geräusch – und Ihre Langzeiterinnerung – daran, ein Teenager zu sein und verliebt zu sein – erlebt. Beide Erinnerungen koexistieren. Beides prägt die Wahrnehmung der Gegenwart.

Aber was ist der Unterschied zwischen einem Kurzzeit- und einem Langzeitgedächtnis? Und wie genau kommen diese Erinnerungen, die auf verschiedenen Zeitskalen arbeiten, zusammen, um unsere Erfahrung der Welt zu formen?

Die Wissenschaftler Thomas Carew und Nikolay Kukushkin von der New York University haben postuliert, dass die komplexe Ordnung unserer Erinnerungen am besten in Bezug auf „Zeitfenster“ verstanden werden kann, die kollektiv den Zustand eines Gehirns in einer „zeitlichen Hierarchie“ verändern.

Schreiben in der Zeitschrift Neuron , Carew, Professor am Center for Neural Science der NYU und Dekan der Faculty of Arts and Science, und Kukushkin, Postdoktorand in Neurowissenschaften, erklären ihr Modell in Bezug darauf, wie wir Geräusche verstehen.

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„Ähnlich wie Geräusche vom Hörsystem in viele diskrete Frequenzbereiche zerlegt werden, die gleichzeitig wahrgenommen werden, wird eine Erfahrung als Ganzes vom Gehirn in viele „Zeitfenster“ zerlegt, die zusammen die Vergangenheit darstellen“, sagen die Wissenschaftler.

In der Veröffentlichung erklären Carew und Kukushkin, dass so unterschiedliche Organismen wie Meeresschnecken und Menschen alle die Fähigkeit haben, Erfahrungen in vielen verschiedenen Zeiträumen in ihrem Kopf zu "spielen", wobei einige Erinnerungen nach wenigen Millisekunden vergessen sind , und manche halten ein Leben lang. Die Grenze dieser verschiedenen Zeitrahmen, so argumentieren sie, ergibt sich aus spezifischen Abweichungen von der Homöostase. Einfacher gesagt, wie sehr die Erfahrung sie bewegt und ihr alltägliches, inneres Gleichgewicht stört.

Wenn ein Organismus auf diese Weise „gestört“ wird, öffnet sein Geist ein „Zeitfenster“, das dann geschlossen wird, wenn der Zustand wieder ins Gleichgewicht zurückkehrt oder wenn die Intensität nachlässt und er keine Emotion mehr verspürt Anhang, als Beispiel. Das neuronale Gedächtnis, als Ganzes genommen, ist ein riesiges Repertoire dieser interagierenden Zeitfenster.

(Oben:Eine Mutter entlaust ihrem Kind die Haare, Gemälde von Pieter de Hooch. Quelle:Rijksmuseum)

Aber wie funktioniert diese Hierarchie? Wenn Erinnerungen von Abweichungen in der Homöostase eines Organismus aufgezeichnet werden, was macht dann manche Erfahrungen einprägsamer als andere? Wenn Sie zum Beispiel ein altes Lied hören, warum erinnern Sie sich dann eher an die Zeit, als Sie ein Mädchen dazu geküsst haben, und nicht an die Zeit, als Sie dazu eine Pizza gegessen haben?

„Es ist kein einfacher Sprung von den Zeitfenstern zur Pizza, aber lassen Sie mich versuchen, es zu erklären“, sagt Kukushkin.

„Das Pizza-Erlebnis“

„Ich finde Ihre Beschreibung ziemlich gut:Erinnerungen werden von Abweichungen in der Homöostase protokolliert“, sagt Kukushkin. „Aber Abweichungen von der Homöostase können andere Abweichungen von der Homöostase verursachen. Was sehr häufig im Gehirn passiert, ist, dass einige Abweichungen von sich aus nicht viel bewirken, aber in Kombination mit anderen Abweichungen in bestimmten zeitlichen Anordnungen (z. B. wenn sie zusammenfallen oder regelmäßig mit einem definierten Abstand auftreten) neue Abweichungen verursachen, die halten länger.

„Ein betrunkener Typ auf der Straße ist eine Abweichung von der Homöostase und ebenso ein Verrückter“

„Ein Betrunkener auf der Straße ist eine Abweichung von der Homöostase und ebenso ein Verrückter, aber nur wenn sie zusammen sind, ruft jemand die Polizei – eine weitere Abweichung von der Homöostase, die länger andauert und hierarchisch höher steht.“

Kukushkin erklärt, dass Gehirne eine erstaunliche Menge an Ebenen haben, um mit dieser Vielzahl von Homöostase-Blips umzugehen, was es ihnen ermöglicht, zeitliche Muster aus „Abweichungen niedrigerer Ordnung“ zu ziehen und sie als „Abweichungen höherer und höherer Ordnung, die gleichzeitig existieren“, zu speichern.

„Das ist die Hierarchie. Daher würde ich Ihre ursprüngliche Beschreibung in einer Weise ändern:Erinnerungen werden nicht so sehr von den Abweichungen „protokolliert“ – sie sind die Abweichungen.

„Dann stellt sich die Frage, welche Arten von Abweichungen welchen gespeicherten Mustern und damit welchen Erinnerungen entsprechen. Wenn Sie über etwas so Komplexes sprechen wie Pizza essen oder ein Mädchen küssen, arbeiten Sie mit Musterextraktion auf sehr hohem Niveau. Eine Pizza ist nicht nur ein einzelner Reiz, sondern alles, was Sie Ihr ganzes Leben lang über Pizza gelernt haben. Der Geschmack, die Form, die physikalischen Eigenschaften, das Konzept, der Name, die Buchstaben, aus denen der Name besteht, etc etc.“

Kurz gesagt:Pizza ist nicht das Eine. Pizza ist vieles, vom Klang des Wortes bis zum Geschmack von Käse.

„Es gibt ein riesiges Netzwerk von Zellen, das das Pizzaerlebnis durch unzählige Abweichungen von der Homöostase repräsentiert, die sich im Laufe des Lebens ansammeln und gegenseitig beeinflussen. Dasselbe gilt für das alte Lied oder das Küssen eines Mädchens oder irgendetwas Komplexes, das das Gehirn aus der Vergangenheit bewahrt hat. Die Frage, warum Sie sich eher daran erinnern als daran, ist spezifischer.

„In Ihrem speziellen Beispiel würde ich vermuten, dass das Küssen eines Mädchens zu einer Abweichung der Homöostase geführt hat, die sich vom Essen von Pizza unterscheidet – vielleicht etwas, das mit größeren Mengen an Dopamin oder der Beteiligung von Sexualhormonen oder so etwas zu tun hat. Diese Abweichung (sagen wir mal ein Sexualhormon), die mit den Abweichungen zusammenfiel, die im Gehörsystem durch den Klang des alten Liedes erzeugt wurden, erzeugte eine längerfristige Abweichung höherer Ordnung:eine verstärkte Verbindung zwischen dem alten Liednetzwerk und dem Mädchenküssen Netzwerk.

„Dieser Zustand stärkerer Konnektivität ist auch ein Zeitfenster, auch wenn es sehr lange dauern kann. Dieses neue Zeitfenster ist nicht entstanden, als man zu dem Song Pizza gegessen hat, weil es keinen Zufall mit dem Sexualhormon gab.“

Nichts als Zeit

Kukushkin macht deutlich, dass er die Einzelheiten fabriziert, um das Grundprinzip zu erklären (er nimmt an, dass ich durch Pizza nicht sexuell erregt werde), aber seine Beschreibung beginnt zu beleuchten, wie eine Reihe von Veränderungen in unserer Chemie dazu führen können ein riesiges Gebäude von „Zeitfenstern“, die alle in einem nahezu konstanten Fluss von Reaktionen miteinander arbeiten. Was ist eine Erinnerung? Wissenschaftler enträtseln, wie unser Gehirn „Zeitfenster“ der Welt erstellt

(Oben:Das Weichtier Aplysia californica. Quelle:Wikimedia Commons)

Er erklärt, dass die Überprüfung durch die experimentelle Arbeit des Teams an der Meeresmolluske Aplysia californica inspiriert wurde, die sich wiederholte Stimulationen während einer „Trainingssitzung“ merken konnte, aber nur, wenn diese Stimulationen in bestimmten Abständen stattfanden . Wie merkt sich das Nervensystem der Weichtiere, wie viel Zeit zwischen den Trainingseinheiten vergangen ist? Es stellt sich heraus, dass der Zustand einer Zelle oder eines Ensembles von Zellen oder eines Netzwerks für eine gewisse Zeit etwas aus der Vergangenheit behalten kann – es gibt kein „Gedächtnismolekül“ oder „Gedächtnisschaltkreis“, es gibt nur die Masse davon Zellen, die Abweichungen in ihrem internen Gleichgewicht als "Zeitfenster" festhalten, sei es über einige Jahre oder einige Millisekunden.

„Tatsächlich ist die Zeit die einzige physikalische Variable, die das Gehirn von der Außenwelt ‚erbt‘“, schlussfolgern die Wissenschaftler. „Daher müssen Erinnerungen ‚aus Zeit gemacht‘ sein, genauer gesagt aus zeitlichen Beziehungen zwischen äußeren Reizen.“ „In der Tat beruht der gesamte biologische Nutzen des Gedächtnisses auf der Existenz vieler Dimensionen der Homöostase, einige kurzfristiger und einige längerfristiger. Die vielen Zeitskalen des Gedächtnisses stellen viele Zeitskalen vergangener Erfahrungen dar und müssen dem Organismus gleichzeitig zur Verfügung stehen, um nützlich zu sein.“

Aber hilft das, wenn das Lied durch die Wand spielt und du wieder 17 bist? Nein.