Eine einzigartige Form der Gehirnstimulation scheint die Fähigkeit der Menschen zu verbessern, neue Informationen zu behalten. Auch die sogenannte Gedächtnisprothese scheint Menschen mit Gedächtnisstörungen zu helfen. In Zukunft könnten fortschrittlichere Versionen der Gedächtnisprothese Menschen helfen, die aufgrund von Hirnverletzungen, Alterung oder degenerativen Krankheiten wie Alzheimer einen Gedächtnisverlust erlitten haben, sagen Forscher unter der Leitung des Neurowissenschaftlers Rob Hampson von der Wake Forest University School of Medicine in North Carolina.
Die Gedächtnisprothese imitiert die Art und Weise, wie das Gehirn Erinnerungen erzeugt. Genauer gesagt simuliert es Vorgänge im Hippocampus. Diese seepferdchenförmige Region tief im Gehirn spielt eine entscheidende Rolle für das Gedächtnis. Es hilft nicht nur bei der Bildung von Kurzzeitgedächtnissen, sondern scheint auch Erinnerungen zur Langzeitspeicherung in andere Regionen zu lenken.
Erinnerung imitieren
Seit mehr als einem Jahrzehnt arbeiten Theodore Berger und Dong Song von der University of Southern California mit Kollegen daran, diesen Prozess nachzuahmen. Sie versuchen, Gehirnelektroden zu verwenden, um die Muster der elektrischen Aktivität zu verstehen, die auftreten, wenn Erinnerungen kodiert werden. Ihre Idee: Mit denselben Elektroden ähnliche Aktivitätsmuster auslösen.
Um herauszufinden, ob die Methode Menschen mit schlechtem Gedächtnis helfen könnte, testeten Berger und Hampson und ihre Kollegen zwei Versionen der Gedächtnisprothese an 24 Probanden. Zur Untersuchung seiner Epilepsie waren ihm bereits Elektroden implantiert worden. Einige von ihnen hatten auch Hirnverletzungen.
Die erste Version, das Memory Decoding Model (kurz MDM), ahmt die Muster der elektrischen Aktivität im Hippocampus nach, die natürlicherweise auftreten, wenn jedes Subjekt erfolgreich Erinnerungen bildet. Das MDM-Modell mittelt diese Muster für jede Person und löst dann dieses elektrische Stimulationsmuster aus.
Der zweite Typ namens Multi-Input-Multi-Output (MIMO) ahmt den Betrieb des Hippocampus genauer nach. In einem gesunden Hippocampus fließt elektrische Aktivität von einer Schicht zur anderen, bevor sie sich auf andere Regionen des Gehirns ausbreitet. Das MIMO-Modell basiert auf dem Lernen und anschließenden Imitieren der elektrischen Eingangs- und Ausgangsmuster, die der Speichercodierung entsprechen.
Kurzzeitgedächtnistests
Um zu testen, wie jedes der Modelle funktionierte, baten Hampson und seine Kollegen Freiwillige, Gedächtnistests durchzuführen. Bei diesen Tests wurde jeder Person ein Bild auf einem Computerbildschirm gezeigt. Nach einer Verzögerung wurde dasselbe Bild erneut gezeigt, zusammen mit einer Auswahl anderer Bilder. Die Person musste entscheiden, welches Bild bereits gezeigt wurde. Jeder Proband absolvierte zwischen 100 und 150 dieser kurzen Aufgaben, die das Kurzzeitgedächtnis einer Person testen sollten.
Zwischen 15 und 90 Minuten später wurde jeder Proband einem zweiten Test unterzogen. Diesmal wurden ihnen jeweils drei Bilder gezeigt und gebeten, das ihnen bekannteste auszuwählen. Dieser Test gibt Aufschluss über das Langzeitgedächtnis einer Person.
Die Probanden führten beide Gedächtnistests zweimal durch: einmal, um den Hippocampus aufzuzeichnen, und einmal, um die aufgezeichneten Muster zu stimulieren, die mit erfolgreich gespeicherten Erinnerungen verbunden sind. Die Aufzeichnungen seien einzigartig, sagt Hampson: „Bislang haben wir festgestellt, dass es bei jedem Menschen anders ist.“
Das Team fand heraus, dass die Gedächtnisprothese die Leistung der Probanden bei Gedächtnistests verbesserte. Ihre Werte waren signifikant höher, wenn sie das richtige Stimulusmuster erhielten, als ihnen die Bilder zum ersten Mal präsentiert wurden. Dies deutet darauf hin, dass die Gedächtnisprothese helfen könnte, Erinnerungen im Gehirn zu kodieren, sagen die Forscher. “Wir sehen Verbesserungen zwischen elf und 54 Prozent”, sagt Hampson.
„Diese Art der Personalisierung der Gehirnstimulation ist eine wirklich wichtige Sache“, sagt Josh Jacobs von der Columbia University. Er untersucht auch Gehirnaufzeichnungen von Menschen mit Epilepsie, war aber nicht an der aktuellen Forschung beteiligt.
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