Unser episodisches Gedächtnis ist bemerkenswert umfassend und präzise: Es speichert gelernte Informationen ab, merkt sich das Aussehen und Verhaltene unzähliger Menschen, mit denen wir Kontakt haben und hatten, und kann auch vergangene Emotionen wieder hervorrufen. Dabei ist unser Gedächtnis aber nicht statisch: Schon beim Abspeichern beeinflussen Gefühle, Erwartungen und interne Filtermechanismen, was unser Gehirn langfristig abspeichert und was nicht. Gleichzeitig sind die in unseren Hirnnetzwerken gespeicherten Erinnerungen dynamisch – sie können auch nachträglich verändert und verfälscht werden. Als Zentrale für unser Gedächtnis gilt der Hippocampus, er kontrolliert das Abspeichern und Abrufen von Gedächtnisinhalten im Cortex. Je stärker dabei die Verknüpfung zwischen der „Zentrale“ und den über das gesamte Gehirn verteilten Speicherorten, desto besser können wir uns an die jeweiligen Informationen erinnern.
Neuronen beim Feuern belauscht
Doch damit eine Erinnerung vollständig ist, muss das Gehirn die Gedächtnisinhalte mit ihrem Kontext abspeichern und wieder aufrufen. Erst dadurch können wir uns beispielsweise an dieselbe Person oder dasselbe Objekt in völlig unterschiedlichen Situationen erinnern. Wir unterscheiden mühelos ein Abendessen mit einem Freund von einem geschäftlichen Treffen mit demselben Freund. „Wir wissen bereits, dass tief in den Gedächtniszentren des Gehirns spezifische Zellen, sogenannte Konzeptneuronen, auf diesen Freund reagieren, unabhängig davon in welcher Umgebung er auftaucht“, sagt Seniorautor Florian Mormann von der Universität Bonn. Um die Erinnerungen an ihn mit dem passenden Kontext zu versehen, müssen diese Konzept-Neuronen aber mit weiteren Hirnzellen und Hirnarealen zusammenarbeiten. “Doch wie Gedächtnisinhalt und Kontext beim Menschen auf der Ebene der Neuronen kombiniert werden, ist bislang unklar”, schreiben Mormann und sein Team. Denn bei Mäusen speichern die Neuronen des Hippocampus die Erinnerungen kontextbezogen ab, bei den menschlichen Konzeptneuronen ist das aber nicht der Fall.
„Wir haben uns daher gefragt: Funktioniert das menschliche Gehirn hier grundlegend anders?”, sagt Erstautor Marcel Bausch von der Universität Bonn. “Bildet es Inhalt und Kontext getrennt ab, um ein flexibleres Gedächtnis zu ermöglichen? Und wie verbinden sich diese getrennten Informationen, wenn wir uns bestimmte Inhalte entsprechend dem Kontext merken müssen?” Um diese Fragen zu klären, haben Bausch und seine Kollegen die Aktivität einzelner Neuronen im Gehirn von 16 Epilepsiepatienten analysiert. Ihnen wurden für eine bessere Diagnose und Operationsvorbereitung Elektroden im Hippocampus und umliegenden Hirnregionen implantiert – und damit in Regionen, die auch für das Gedächtnis essenziell sind. Dies nutzten die Forschenden, um die Hirnreaktionen beim Abspeichern und Aufrufen des episodischen Gedächtnisses genauer zu analysieren. Dafür wurden den Patienten auf einem Bildschirm Bildpaare gezeigt, die sie anhand unterschiedlicher Fragestellungen vergleichen mussten. So sollten sie beispielsweise entscheiden, ob ein in beiden Bildern auftauchender Gegenstand sich in seiner Größe unterscheidet.
Inhalt und Kontext getrennt
„Dies erlaubte uns zu beobachten, wie das Gehirn exakt dasselbe Bild in unterschiedlichen Aufgabenkontexten verarbeitet“, sagt Mormann. Bei der Auswertung der Daten von mehr als 3.000 einzelnen Neuronen zeigte sich: Während der Betrachtung der Bilder feuerten zwei weitgehend getrennte Neuronengruppen im Gehirn der Testpersonen. Eine Gruppe von Hirnzellen, Inhalts-Neurone getauft, feuerten als Reaktion auf spezifische Bilder unabhängig von der Aufgabe oder dem Kontext. Die zweite Gruppe der Kontext-Neuronen wurden dagegen in Reaktion auf spezifische Aufgabenkontexte aktiv – unabhängig vom gezeigten Bild oder Gegenstand. Wichtig auch: Im Unterschied zu Mäusen agierten diese Neuronen zunächst unabhängig voneinander. Das Experiment zeigte aber auch, dass sich die Kooperation zwischen den Neuronengruppen im Verlauf des Experiments verstärkte. Wenn ein Inhalts-Neuron feuerte, reagierte einige Dutzend Millisekunden später auch das passende Kontext-Neuron. Dies sorgt offenbar dafür, dass nur der relevante Kontext, welcher zuvor aktiv war, abgerufen wird. Dieser Prozess erlaubt es dem Gehirn, aus nur einer Teilinformation den kompletten Erinnerungskontext zu rekonstruieren.
„Diese Arbeitsteilung erklärt wahrscheinlich die Flexibilität des menschlichen Gedächtnisses. Denn das Gehirn kann dasselbe Konzept in unzählig vielen neuen Situationen wiederverwenden, ohne für jede einzelne Kombination ein spezialisiertes Neuron zu benötigen, indem es Inhalt und Kontext in getrennten „neuronalen Bibliotheken“ aufbewahrt“, sagt Bausch. Mormann ergänzt: „Die Fähigkeit dieser Nervenzellgruppen, sich spontan zu verknüpfen, erlaubt es uns, Informationen zu verallgemeinern und gleichzeitig die spezifischen Details individueller Ereignisse zu bewahren“. Als nächstes wollen die Forschenden untersuchen, ob eine gezielte Störung der Interaktion zwischen diesen Neuronen eine Person daran hindert, die richtige Erinnerung kontextgemäß abzurufen oder die richtige Entscheidung zu treffen.
Quelle: Marcel Bausch (Universitätsklinikum Bonn) et al., Nature, doi: 10.1038/s41586-025-09910-2
