TAU, UCLA-Forscher entwickeln tief

Dec 17, 2023

Eine bahnbrechende Studie zeigte erstmals, dass langanhaltende Erinnerungen im menschlichen Gehirn durch die Kommunikation zwischen dem Hippocampus und der Großhirnrinde während des Schlafs gefestigt werden. Darüber hinaus fanden die Forscher heraus, dass die Auslösung einer Tiefenhirnstimulation während des Schlafs die Gedächtniskonsolidierung verbessern kann.

Die einzigartige Studie, veröffentlicht in der führenden Fachzeitschrift Nature Neuroscience (Die Steigerung der neuronalen Synchronität zwischen Hippocampus und präfrontalem Nervensystem während des Schlafs verbessert die Gedächtniskonsolidierung beim Menschen ), beinhaltete eine internationale Zusammenarbeit unter der Leitung von Dr. Maya Geva-Sagiv (heute an der UC Davis). Die Studie war eine Zusammenarbeit zwischen den Labors von Prof. Yuval Nir von der Sackler Faculty of Medicine, Department of Biomedical Engineering und der Sagol School of Neuroscience der Universität Tel Aviv sowie Prof. Itzhak Fried von der Department of Neurosurgery der UCLA und dem Sackler Medizinische Fakultät der Universität Tel Aviv.

„Diese Studie wurde durch eine seltene Gruppe von 18 Patienten mit Epilepsie am UCLA Medical Center ermöglicht“, sagt Prof. Nir. „Prof. Fried implantierte Elektroden in die Gehirne dieser Patienten, um zu versuchen, die Bereiche zu lokalisieren, die ihre epileptischen Anfälle verursachen, und sie meldeten sich freiwillig zur Teilnahme an einer Studie, in der die Auswirkungen der Tiefenhirnstimulation im Schlaf untersucht wurden. Enge Zusammenarbeit mit erfahrenen Neurologen unter der Leitung von Prof. Dawn Eliashiv von der UCLA ermöglichte es unserem Team, fortschrittliche Hirnstimulation in die Forschung zu integrieren. So konnten wir zum ersten Mal die seit langem gehegte Hypothese am Menschen testen, dass die Aktivität des Hippocampus und der Großhirnrinde während des Schlafs koordiniert wird ist ein entscheidender Mechanismus bei der Konsolidierung von Erinnerungen. Darüber hinaus haben wir die Gedächtniskonsolidierung durch ein spezielles Stimulationsprotokoll verbessert, das die Synchronisation zwischen diesen beiden Bereichen im Gehirn verbessert. Interventionen während des Schlafs stellen einen einzigartigen Ansatz dar, der in Zukunft weiterentwickelt werden kann, um den Menschen Hoffnung zu geben mit Gedächtnisstörungen wie Demenz.“

„Wir wissen, dass eine gute Nachtruhe entscheidend für die Festigung langanhaltender Erinnerungen ist, aber bisher hatten wir kaum Belege für die genauen Prozesse, die im menschlichen Schlaf ablaufen“, erklärt Dr. Maya Geva-Sagiv. „In dieser Studie haben wir direkt die Rolle neuronaler Aktivität und elektrischer Gehirnwellen während des Schlafs untersucht. Unser Ziel war es, die natürlichen Mechanismen zu verbessern und genau herauszufinden, wie Schlaf zur Stabilisierung von Erinnerungen beiträgt.“

Die Forscher entwickelten ein Tiefenhirnstimulationssystem, das die elektrische Kommunikation zwischen dem Hippocampus – einer Tiefhirnregion, die an der Erfassung neuer Erinnerungen beteiligt ist, und dem frontalen Kortex – wo Erinnerungen langfristig gespeichert werden – verbessert. Durch die Überwachung der Aktivität im Hippocampus während des Schlafs ermöglicht das System eine zeitlich präzise Abgabe elektrischer Stimulation an den frontalen Kortex. Die Teilnehmer der Studie absolvierten zwei Gedächtnistests und verglichen ihre Leistung nach zwei verschiedenen Nächten – einer ungestörten und einer mit tiefer Hirnstimulation. In beiden Fällen wurden sie am Morgen gebeten, berühmte Personen wiederzuerkennen, deren Bilder ihnen am Abend zuvor gezeigt worden waren. Die Studie ergab, dass die Tiefenhirnstimulation die Genauigkeit ihres Gedächtnisses deutlich verbesserte.“

„Wir haben herausgefunden, dass sich unsere Methode sowohl auf die Gehirnaktivität im Schlaf als auch auf die Gedächtnisleistung positiv auswirkt“, sagt Prof. Fried. „Alle Patienten, die synchronisierte Reize auf den frontalen Kortex erhalten hatten, zeigten eine bessere Gedächtnisleistung im Vergleich zu Nächten mit ungestörtem Schlaf. Die Kontrollgruppe, die ähnliche, aber nicht synchronisierte Reize erhielt, zeigte keine Gedächtnisverbesserung. Unsere Methode der Tiefenhirnstimulation ist einzigartig, weil sie ist ein geschlossener Regelkreis – Reize werden präzise mit der Aktivität des Hippocampus synchronisiert. Darüber hinaus haben wir die Auswirkung der Reize auf die Gehirnaktivität bei einer Auflösung einzelner Neuronen überwacht.“

„Unsere Ergebnisse stützen die Hypothese, dass eine präzise Koordination zwischen Schlafwellen die Kommunikation zwischen dem Hippocampus, der neue Erinnerungen aufnimmt, und dem frontalen Kortex, der sie langfristig speichert, unterstützt“, fügt Prof. Nir hinzu. „Zu unserer Überraschung stellten wir auch fest, dass die Intervention die Anzahl der richtigen Antworten der Teilnehmer nicht signifikant erhöhte, sondern vielmehr die Anzahl der falschen Antworten verringerte. Dies deutet darauf hin, dass Schlaf die Genauigkeit unseres Gedächtnisses schärft, oder anders ausgedrückt: es.“ entfernt diverse Ablenkungen aus der relevanten Erinnerungsspur.“

Die Studie wurde durch Zuschüsse der US National Institutes of Health (NIH), des European Research Council (ERC), der US National Science Foundation (NSF), der US-Israel Bilateral Science Foundation (BSF) und der Human Frontier Science unterstützt Programm (HFSP). Die weiteren Co-Autoren des Papiers sind Prof. Dawn Eliashiv, Dr. Emily Mankin, Natalie Cherry, Guldamla Kalender und Dr. Natalia Tchemondanov von der UCLA sowie Dr. Shdema Epstein von der Universität Tel Aviv.

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