Das Gehirn verarbeitet nicht nur bewusst Informationen, sondern speichert auch unbewusst zeitliche Abläufe und räumliche Zusammenhänge – eine Fähigkeit, die für Lernen und Gedächtnis unerlässlich ist. Besonders relevant sind dabei der Hippocampus und der entorhinale Kortex, die Bereiche im Gehirn, die für das episodische Gedächtnis zuständig sind. Sie liegen tief im Gehirn und sind mit herkömmlichen Methoden wie der Elektroenzephalografie (EEG) nur schwer zugänglich. Die Magdeburger Forschenden verwendeten daher intrakranielle Elektroden (intrakraniell = innerhalb des Schädels), die zur Behandlung von Epilepsie implantiert werden. Diese Technik ermöglichte es, die Aktivität von mehr als tausend einzelnen Nervenzellen im Millisekundenbereich zu messen. "Unsere Ergebnisse zeigen, wie das Gehirn zeitliche Muster erkennt und speichert – und das kann völlig unbewusst geschehen", erklärt der Studienautor Davide Ciliberti.

In der Studie wurden 17 Personen mit Epilepsie mit implantierten Elektroden untersucht. Die Teilnehmenden sahen während des Experiments eine Abfolge von jeweils sechs Bildern, zum Beispiel von bekannten Persönlichkeiten. Diese Bilder waren nach einer unsichtbaren, pyramidenförmigen Struktur angeordnet. Das Experiment bestand aus drei Phasen: Zunächst wurden die Bilder in zufälliger Reihenfolge gezeigt. Anschließend folgte eine feste Reihenfolge, die der Pyramidenstruktur entsprach – ohne dass die Teilnehmenden über diese Regel informiert wurden. In der dritten Phase wurden die Bilder erneut zufällig gezeigt, um zu testen, ob das Gehirn die zuvor erlernte Struktur beibehalten hatte.

Die Forschenden stellten fest, dass Nervenzellen im Hippocampus und entorhinalen Kortex die zeitlichen Beziehungen zwischen den Bildern speicherten. Zellen, die zu Beginn nur auf ein bestimmtes Bild reagierten, begannen später auch auf Bilder zu reagieren, die direkt in der Pyramidenstruktur verbunden waren. "Ihre Gehirnzellen hatten das Muster tatsächlich aufgenommen und damit in gewissem Maße vorhergesagt, was als nächstes kommen würde", erläutert Ciliberti. Dieses neuronale "Netzwerk" der zeitlichen Beziehungen blieb sogar bestehen, nachdem die Bilder wieder in zufälliger Reihenfolge gezeigt wurden. "Dank dieser Technik können wir sehen, was menschliche Neuronen mit höchster Präzision tun, während wir neue Informationen verarbeiten. Ich freue mich, diese Technologie nach Magdeburg zu bringen und weiterzuentwickeln, um neurologische Erkrankungen wie Alzheimer besser zu verstehen", resümiert Ciliberti.

cdi/pm