Einfach erklärt
Forscher haben entdeckt, wie das Gehirn von Fruchtfliegen kurze Erinnerungen speichern kann, selbst wenn der Geruch, der diese Erinnerungen ausgelöst hat, verschwunden ist. Zwei Arten von Nervenzellen arbeiten zusammen, um der Fliege zu helfen, sich an den Geruch zu erinnern und ihm zu folgen, auch wenn er nicht mehr da ist.
Das Geheimnis des Fruchtfliegen-Gedächtnisses
Ein Forscherteam der New York University hat eine neue Gedächtnis-Mechanik im Gehirn der Fruchtfliege aufgedeckt, die neue Einblicke in das menschliche Gedächtnis ermöglicht. Diese Mechanik basiert auf einem neuronalen Netzwerk namens „geteiltes Anziehungsnetzwerk“, das es der Fliege erlaubt, eine gerichtete Erinnerung zu bewahren, selbst wenn der sensorische Reiz verschwunden ist. Zwei Arten von Nervenzellen sind beteiligt: PFG-Zellen, die die räumliche Richtung verfolgen, und hΔK-Zellen, die den Zeitpunkt der Gedächtnisbildung steuern. Wenn ein bestimmter Geruch auftaucht, wird eine hemmende Schranke geöffnet, die den Zellen die Kommunikation ermöglicht und die Erinnerung festigt.
Geteiltes Anziehungsnetzwerk
Anstatt auf einen kontinuierlichen Rückkopplungszyklus zu setzen, nutzt das Gehirn der Fruchtfliege ein „geteiltes Anziehungsnetzwerk“, bei dem der Inhalt und das Timing der Erinnerung getrennt bleiben, bis die hemmende Schranke geöffnet wird. Dieses Design ermöglicht es dem Gehirn, Informationen effizient aufzunehmen, ohne sich in endlosen Wiederholungsschleifen zu verlieren.
Wenn die Kommunikationsschranke geöffnet wird, fixiert die Fliege ihre räumliche Ausrichtung auf den attraktiven Geruch, was ihr ermöglicht, sich zielgerichtet zu bewegen, selbst nachdem der Geruch verschwunden ist. Diese Entdeckung bestätigt ein langjähriges theoretisches Modell des Arbeitsgedächtnisses, indem die neuronale Karte der Fruchtfliege als Brücke zwischen der Computertheorie und der physiologischen Schaltung dient.
Funktion der PFG- und hΔK-Zellen
Das Gehirn der Fruchtfliege besteht aus etwa 200.000 Nervenzellen und ist damit ein ideales Modell, um die Logik komplexer neuronaler Schaltungen zu verstehen. Unter natürlichen Bedingungen erhalten PFG-Zellen Richtungsinformationen vom internen Kompasssystem der Fliege, was ihnen erlaubt, ihre Richtung im physischen Raum zu verfolgen.
Im Gegensatz dazu kontrollieren hΔK-Zellen das Timing der Gedächtnisverschlüsselung. Meistens verhindert eine hemmende Schranke die Kommunikation zwischen PFG- und hΔK-Zellen, wodurch das System frei von unnötigen Daten bleibt. Bei Ankunft eines Geruchsreizes wird die Schranke geöffnet, um den Austausch elektrischer Signale zwischen den Zellen zu ermöglichen, was die Richtung der Fliege im Gedächtnis verankert.
Zukünftige Anwendungen
Dr. Catherine Nagel und ihr Team wollen erforschen, wie diese Schaltung über längere Zeiträume funktioniert und welche Neurotransmitter für das Öffnen und Schließen der Kommunikationsschranke verantwortlich sind. Da angenommen wird, dass die Dynamik des Anziehungsnetzwerks die Grundlage des menschlichen Arbeitsgedächtnisses bildet, könnte das Verständnis im Gehirn der Fliege eine Basis bieten, um zu verstehen, wie exekutive Schaltkreise bei Störungen wie ADHS, Schizophrenie und Demenz abgebaut werden.
Fazit
Die Entdeckungen der New York University sind ein wichtiger Schritt hin zu einem tieferen Verständnis des Arbeitsgedächtnisses im Gehirn. Durch das Studium der Fruchtfliege können wir die Geheimnisse entschlüsseln, wie unsere Gehirne Informationen effizient speichern, ohne unnötige Energie zu verbrauchen. Dieses Verständnis könnte neue Türen für die Behandlung vieler neurologischer Störungen beim Menschen öffnen.