Elektrische Stimulation der Amygdala steigert das menschliche Gedächtnis

Direkte Amygdala-Stimulation verbessert das deklarative Gedächtnis beim Menschen, Studienfunde.

Illustration der basolateralen Amygdala (blau), des Hippocampus (gelb) und des perirhinalen Kortex (rosa) sowie der elektrischen Signale aus jeder Region während eines Anerkennungs-Testversuchs.

Quelle: Cory Inman, Emory Universität; 3-D-Gehirnmodell mit Genehmigung von AMC Virtual Brain Model.

Zum ersten Mal haben Neurowissenschaftler entdeckt, dass die elektrische Stimulation der Amygdala mit niedriger Amplitude das deklarative Gedächtnis beim Menschen verbessert. Diese potenziell bahnbrechende Studie wurde online vor dem 18. Dezember 2017 in der Zeitschrift PNAS veröffentlicht. (“ Deklarativ”   oder “explizite” Erinnerung bezieht sich auf Erinnerungen, die artikuliert und beschrieben werden können, wie zum Beispiel ein bestimmtes Objekt in einem Foto.

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Bemerkenswerterweise konnten die Forscher der Emory University, die diese Studie durchführten, die elektrische Amygdala-Stimulation nutzen, um das deklarative Gedächtnis einer Person zu steigern, ohne eine subjektive emotionale Reaktion auszulösen. Frühere Untersuchungen an Nagetieren durch Mitglieder des Emory-Teams zeigten, dass die direkte elektrische Stimulation der Amygdala die Gedächtniskonsolidierung während nicht-emotionaler Ereignisse in Mäusen verbessern könnte. Dies ist jedoch das erste Mal, dass Neurowissenschaftler herausgefunden haben, dass die direkte elektrische Stimulation der Amygdala das deklarative Gedächtnis beim Menschen kausal verbessern kann.

Anekdotenweise haben die meisten von uns die nostalgische Welle von Erinnerungen erlebt, die auf “Throwback Thursday” (#TBT) zurückkommen, wenn ein Vintage-Foto in sozialen Medien lebendige Rückblenden zu einer anderen Zeit und einem anderen Ort wie gestern erzählt. Unglücklicherweise haben viele Menschen mit traumatischen Hirnverletzungen, neurodegenerativen Erkrankungen oder kognitiven Beeinträchtigungen Schwierigkeiten, deklarative Erinnerungen zu bilden und sich daran zu erinnern.

Die gute Nachricht: Eines Tages könnte eine fein abgestimmte elektrische Stimulation gezielter Gehirnregionen zu einer therapeutischen Möglichkeit werden, um verschiedene Arten von autobiographischen Gedächtnisfunktionen zu erhalten und eine breite Palette neuropsychiatrischer Störungen zu behandeln.

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In einer Signifikanzaussage schreiben die Autoren der neuen Amygdala-Stimulationsstudie: “Die Ergebnisse zeigen, dass die menschliche Amygdala eine allgemeine Fähigkeit hat, die Verstärkung bestimmter deklarativer Erinnerungen zu initiieren, anstatt eine engere Rolle zu spielen, die indirekt auf emotionale Effekte auf das Gedächtnis abstellt.” Die Studie trägt zu einer wachsenden Anzahl von empirischen Belegen bei, die zeigen, dass die Amygdala viel mehr ist als nur ein emotionaler Knotenpunkt, der auf Angst reagiert.

“Die Amygdala ist NICHT das Angstzentrum des Gehirns.” Joseph E. LeDoux

Eines der am weitesten verbreiteten Neuromythien (ein weit verbreitetes Missverständnis über das Gehirn) ist, dass die Amygdala einfach ein ” Angstzentrum ” im menschlichen Gehirn ist. Der legendäre Neurowissenschaftler Joseph E. LeDoux, der die Amygdala seit Jahrzehnten in seinem Labor an der NYU studiert hat, half dabei, diesen Neuromythmus zu entlarven und stellte den Bericht 2015 in seinem Blog “Der Amygdala ist NICHT das Gehirn der Angst” auf.

Im Laufe der Jahre wurde die Rolle der Amygdala bei emotionalen Reaktionen und angstbasiertem Lernen in Laboratorien auf der ganzen Welt intensiv untersucht. Daher war es für die Emory-Neurowissenschaftler wichtig, bei der Untersuchung der deklarativen Gedächtnissteigerung keine “Kampf-oder-Flucht” -Streßreaktionen auszulösen, indem die in diesem Experiment verwendeten Bilder emotional neutral gehalten wurden.

Die Forscher verwendeten auch einen schwachen elektrischen Strom von 0,5 Milliampere, der für nur eine Sekunde verabreicht wurde. Diese kurze Zeitspanne und geringe Amplitude war absichtlich dazu gedacht, keine emotionalen Reaktionen auszulösen, die Herzfrequenz zu erhöhen oder andere Anzeichen einer Erregung des vegetativen Nervensystems auszulösen. Tatsächlich war der elektrische Strom so schnell und subtil, dass Studienteilnehmer berichteten, dass sie nicht wussten, wann der elektrische Strom während des Experiments ein- oder ausgeschaltet wurde.

Die Kohorte für diese Studie bestand aus vierzehn Patienten mit Epilepsie, die sich einem Verfahren zur Überwachung von Anfällen über intrakranielle Tiefenelektroden an der Emory University unterzogen. Während dieses Verfahrens wurden die Patienten gebeten, eine Serie von 160 nicht-emotionalen Bildern neutraler Objekte zu betrachten. Der Hälfte der Patienten wurde nach Betrachten eines bestimmten Bildes in der Serie eine eine Sekunde dauernde Dosis einer elektrischen Reizung mit geringer Amplitude der Amygdala verabreicht, die andere Hälfte nicht. Außerdem wurden 40 zuvor ungesehene Bilder als Täuschungen während eines Quiz beim expliziten Erinnerungsabruf am folgenden Tag hinzugefügt.

Teilnehmer, die eine direkte elektrische Amygdala-Stimulation erhielten, zeigten eine signifikant bessere Leistung, wenn sie am folgenden Tag einen Erkennungsgedächtnistest der 200 Bilder erhielten. Genauer gesagt, zeigten 79 Prozent der Teilnehmer eine Verbesserung bei Nachtgedächtnistests, die restlichen 21 Prozent zeigten keine Verbesserung.

“Wir waren in der Lage, bestimmte Erinnerungen zu markieren, um später besser in Erinnerung zu bleiben”, sagte Mitautor Cory Inman vom Hamman Cognitive Neuroscience Lab und Postdoktorand in der Abteilung für Neurochirurgie der Emory University. “Eines Tages könnte dies in ein Gerät integriert werden, das Patienten mit schweren Gedächtnisstörungen helfen soll, wie Patienten mit traumatischen Hirnverletzungen oder leichten kognitiven Beeinträchtigungen, die mit verschiedenen neurodegenerativen Erkrankungen einhergehen. Im Moment ist dies eher ein wissenschaftlicher als ein therapeutischer Befund. ”

Wie und warum verbessert die direkte Stimulation der Amygdala das Gedächtnis?

Die Emory-Neurowissenschaftler spekulieren, dass die Amygdala die Fähigkeit besitzt, Prozesse der Gedächtniskonsolidierung in anderen Hirnregionen wie dem Hippocampus und dem perirhinalen Cortex zu modulieren. Wie die Autoren erklären: “Neuronale Oszillationen in der Amygdala, im Hippocampus und im perirhinalen Kortex während des Gedächtnisversuchs am nächsten Tag zeigten, dass ein neuronales Korrelat der Gedächtnisverstärkung die oszillierenden Wechselwirkungen zwischen Theta und Gamma zwischen diesen Regionen erhöht.”

Es ist klar, dass viel mehr menschliche Forschung benötigt wird, um besser zu verstehen, wie und warum die elektrische Stimulation der Amygdala das deklarative Gedächtnis verbessert. Das Emory-Team ist gerade dabei, Amygdala-Stimulationsparameter genau abzustimmen, um genau festzustellen, wie die Speicheroptimierung optimiert werden kann. Sie untersuchen auch eine Reihe anderer Gedächtnistests, die sich auf räumliche oder verbale Erinnerungen beziehen, und entwickeln neue Forschungstechniken, die deklarative Erinnerungen an reale Ereignisse genauer nachahmen.

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Verweise

Inman, Cory S., Joseph R. Manns, Kelly R. Bijanki, David I. Bass, Stephan Hamann, Daniel L. Drane, Rebecca E. Fasano, Christopher K. Kovach, Robert E. Gross und Jon T. Willie. “Die direkte elektrische Stimulation der Amygdala verbessert das deklarative Gedächtnis bei Menschen.” PNAS (Online veröffentlicht vor Druck: 18. Dezember 2017) DOI: 10.1073 / pnas.1714058114