CBBS Best Paper of The Year 2016

CBBS-Sprecher Prof. Dr. Toemme Noesselt (rechts) überreicht Erstautorin Dr. Ying Huang (Mitte) und Koautor Dr. Artur Matysiak die Urkunde und den zugehörigen Scheck. Foto: OVGU/H. Krieg & LIN/R. Blumenstein

Wie funktioniert das akustische Arbeitsgedächtnis? - Auszeichnung für LIN-Forscher und CBBS-Mitglieder für beste Publikation 2016

Sprache, Musik und viele Umweltgeräusche bestehen aus einer kontinuierlichen Abfolge von Schallereignissen. Um darin bedeutungstragende Muster erkennen zu können, muss unser Hörsystem diese Schallereignisse miteinander in Beziehung setzen. Dies erfordert, dass einzelne Ereignisse über einen gewissen Zeitraum abgespeichert werden müssen. Wie unser Gehirn diese Kurzzeitspeicherung zustande bringt, ist noch weitgehend unbekannt und Gegenstand intensiver Forschung. Bisher gibt es Hinweise darauf, dass diese Speicherung in bestimmten Arealen des sogenannten Frontallappens im vorderen Bereich der Großhirnrinde erfolgt. Wegen der hohen Genauigkeit, mit der Schallereignisse erinnert werden müssen, gehen jedoch neuerdings manche Forscher davon aus, dass die alleinige Beteiligung des Frontallappens der Großhirnrinde nicht ausreichend ist und dass auch das Hörsystem selbst an der Kurzzeitspeicherung beteiligt sein muss.

Ein Forschungsteam am Leibniz-Institut für Neurobiologie in Magdeburg (Y. Huang, A. Matysiak, P. Heil, R. König und M. Brosch) hat nun in Studien an Menschen und Makaken neuronale Mechanismen identifiziert, die in der Hörrinde selbst an der Kurzzeitspeicherung von Schallereignissen mitwirken. Die Forscher haben ihre Probanden bzw. Versuchstiere instruiert, Höraufgaben durchzuführen, die es erforderlich machen, sich einzelne Töne für wenige Sekunden genau zu merken. Während der Durchführung dieser Gedächtnisaufgaben wurde die damit verknüpfte Hirnaktivität registriert: bei den menschlichen Probanden die elektromagnetische Aktivität einer relativ großen Population von Nervenzellen mittels Magnetenzephalografie, einem modernen Verfahren mit hoher zeitlicher Auflösung; bei den Tieren die elektrische Aktivität einzelner Nervenzellen in der Hörrinde mittels feiner Mikroelektroden. In beiden Experimentreihen konnte übereinstimmend festgestellt werden, dass relevante Informationen für kurze Zeit tatsächlich in der Hörrinde gespeichert werden. Diese Speicherung manifestiert sich darin, dass Nervenzellen nach dem Abklingen des Tones weiter aktiv bleiben. Ein wesentlicher Teil des Erfolgs dieser Untersuchungen beruht darauf, dass Probanden und Versuchstiere jeweils mehrere unterschiedliche Höraufgaben durchführen mussten. Durch Vergleiche der Teilergebnisse innerhalb jeder Gruppe konnte ausgeschlossen werden, dass die persistierende Aktivität lediglich andere Hör- und Denkprozesse widerspiegelt.

Die Ergebnisse haben eine wesentliche Bedeutung für die Grundlagenforschung, da sie erlauben, präzisere Modelle der neuronalen Implementierung des Kurzzeitgedächtnisses zu entwickeln. Sie zeigen auch, dass invasive Versuche an nichtmenschlichen Primaten eine unverzichtbare Ressource darstellen, um neuronale Mechanismen des Erinnerns und andere Denkprozesse mit einer beim Menschen derzeit nicht darstellbaren räumlichen und zeitlichen Auflösung verstehen zu können. Die Ergebnisse könnten auch dazu beitragen, neue Behandlungsansätze für Patienten mit Beeinträchtigungen des Kurzzeitgedächtnisses zu entwickeln. Beispielsweise könnte getestet werden, ob Patienten mit Gedächtnisdefiziten, bei denen durch eine Elektrostimulierung in der Hirnrinde eine persistierende Aktivität künstlich erzeugt wurde, in der Lage sind, sich Schallereignisse und andere Umweltreize wieder besser und länger merken zu können.