Forscher des RIKEN Center for Brain Science (CBS) haben herausgefunden, wie wahrgenommene Erinnerungen, die mit positiven Emotionen wie Freude oder Glück verbunden sind, im Schlaf gestärkt werden. Die in der Fachzeitschrift Neuron veröffentlichte Studie könnte Wissenschaftlern helfen, die neurologischen Grundlagen für die Überwindung von Krankheiten wie Drogen- oder Sexsucht zu verstehen.

Wie Informationen verarbeitet werden und Erinnerungen bilden

Warum rufen emotionale Ereignisse, ob positiv oder negativ, starke, lang anhaltende Erinnerungen an externe Informationen wie Musik, Gerüche und Texturen hervor, die bei den Ereignissen wahrgenommen wurden? Wir wissen, dass Schlaf für die Gedächtniskonsolidierung unerlässlich ist, also für den Prozess, der neue Ereignisse in Erinnerungen umwandelt, aber wir wissen nicht, wie er bei der Gedächtnisverbesserung eine Rolle spielt. Experimente haben gezeigt, dass emotionale Ereignisse je nach Schlafphase unterschiedlich verarbeitet werden können, aber es ist immer noch unklar, welcher Teil des Schlafs wichtiger für ihre Verfestigung ist, der REM-Schlaf – die Zeit während des Schlafs, in der wir lebhaft träumen – oder der Non-REM-Schlaf. Die neue Studie unter der Leitung von Masanori Murayama am RIKEN CBS sollte diese Frage beantworten.

Die Forscher erstellten zunächst Mausäquivalente neutraler und emotionaler Ereignisse, um zu untersuchen, was das Gehirn im Schlaf anders macht, wenn Emotionen im Spiel sind. In einer neutralen Situation durften männliche Mäuse am ersten Tag des Experiments als Lernphase nur eine glatte Textur erkunden und am nächsten Tag als Testphase sowohl gerillte als auch glatte Texturen. Wenn ihre Erinnerung an die glatte Textur bis zum zweiten Tag erhalten blieb, erkundeten sie bevorzugt die gerillte Textur, aber nicht die glatte, da Mäuse von Natur aus neue Umgebungen mögen.

Wenn die glatte Textur jedoch mit einer positiven emotionalen Erfahrung – der Interaktion mit einer weiblichen Maus – verbunden war, blieb die Erinnerung an die Textur viel länger bestehen. Selbst mit einem viertägigen Intervall bevorzugten die Mäuse am fünften Tag immer noch die glatte Textur, was zeigt, dass dieser Versuchsaufbau bei Mäusen ein emotional verstärktes Texturgedächtnis erzeugen kann. Wie Murayama erklärt, ist dies die erste Studie, die eine Verbesserung des Langzeitgedächtnisses durch Emotionen bei Versuchstieren nachweist.

Die Forscher identifizierten die Amygdala, das emotionale Zentrum des Gehirns, als Schlüssel zu diesem Prozess. Die Amygdala ist mit einem kortikalen Top-down-Schaltkreis von motorischen zu sensorischen Kortexen verbunden, der die genaue Wahrnehmung und das Gedächtnis von Texturinformationen steuert, wie Murayamas Gruppe zuvor herausgefunden hatte. Dieser triregionale Schaltkreis stärkt emotional verknüpfte Erinnerungen. Gehirnaufnahmen zeigten, dass diese drei Gehirnregionen in den Lernphasen kooperativ aktiviert und während des frühen Non-REM-Schlafs, jedoch nicht während des REM-Schlafs, reaktiviert wurden, um das Gedächtnis zu stärken.

Entwicklung von Behandlungen, die die psychische Gesundheit und gedächtnisbezogene Erkrankungen verbessern

Um die Bedeutung der Non-REM-Reaktivierung zu testen, verhinderten die Forscher vorübergehend die Amygdala-Eingaben in den motorischen Kortex, der Top-Down-Eingaben an den sensorischen Bereich sendet. Als sie dies während des Non-REM-Schlafs taten, konnten die Mäuse das Texturgedächtnis trotz der emotionalen Erfahrung erst am fünften Tag behalten. Im Gegensatz dazu hatte die Blockierung der Signale während des REM-Schlafs keine Auswirkungen, was bestätigt, dass der Non-REM-Schlaf die entscheidende Schlafphase für die Stärkung der wahrgenommenen Erinnerungen ist. „Traditionell wurde angenommen, dass der REM-Schlaf die primäre Phase für die Verarbeitung des emotionalen Gedächtnisses ist“, sagt Murayama. Die Ergebnisse der Forscher stellen diese Idee in Frage und unterstützen stattdessen den Non-REM-Schlaf als die entscheidende Phase.

Diese Studie erklärt nicht nur, wie Emotionen andere Arten von Erinnerungen (z. B. Wahrnehmung) verbessern, sondern zeigt auch mögliche Behandlungsmethoden für Erkrankungen wie Sucht auf, bei denen die Symptome manchmal durch wahrgenommene Informationen in einem Phänomen namens Flashback ausgelöst werden. Es wird angenommen, dass solche Informationen in Verbindung mit emotionalen Ereignissen, die sogar lange vor den Episoden stattgefunden haben, stark im Gedächtnis verankert sind. Durch die Modulation der Gehirnaktivität in der Amygdala und verwandten Regionen während des Non-REM-Schlafs, um Erinnerungen, die Flashbacks auslösen, zu schwächen, könnten Ärzte möglicherweise Sucht verhindern oder behandeln.

Zukünftige Forschungen werden untersuchen, wie diese Erkenntnisse auf Krankheitsmodelle wie altersbedingten Gedächtnisverlust oder Sucht angewendet werden können. „Zum Beispiel wird es wichtig sein, zu untersuchen, ob wir Erinnerungen bei älteren Mäusen wiederherstellen oder sogar stärken können“, sagt Murayama. „Unser oberstes Ziel ist es, dieses Wissen zu nutzen, um Behandlungen zu entwickeln, die die psychische Gesundheit und gedächtnisbezogene Erkrankungen verbessern.“