Wie Neuropsychologen der Saar-Uni dem Gedächtnis auf die Sprünge helfen wollen

Wie Neuropsychologen der Saar-Uni dem Gedächtnis auf die Sprünge helfen wollen

Wie unser Gehirn genau funktioniert, beispielsweise welche seiner Regionen mit welchen Mechanismen beim Erinnern zusammenarbeiten, erforschen die Psychologen der Saar-Uni um den Hirnforscher Axel Mecklinger. Ihr Hauptziel: die Erinnerungsleistungen des Gehirns und deren biologische Grundlagen besser zu verstehen – und mittels psychologischer Strategien zu verbessern.  

»Die Erinnerung ist eine Form der geistigen Zeitreise; sie befreit uns von den Fesseln von Zeit und Raum und gestattet uns den Aufbruch in eine vollkommen andere Dimension «, schreibt der Gedächtnisforscher und Nobelpreisträger Eric Kandel in seinem 2006 erschienenen Buch »Auf der Suche nach dem Gedächtnis«. In ihm schildert er die Entwicklung der Hirnforschung in den letzten fünf Jahrzehnten und verquickt dies mit seiner Lebensgeschichte, die entscheidend durch verstörende Kindheitserlebnisse während der 34-Zeit geprägt wurde. Gleichzeitig weckten diese Ereignisse Kandels Interesse für die Funktionsweise des Gedächtnisses.

Dem Erinnern auf der Spur sind auch Axel Mecklinger und sein Team. Der Professor für Experimentelle Neuropsychologie und seine Mitarbeiter erforschen, wie das Gedächtnis funktioniert, wie es sich entwickelt, wie der Mensch lernt und welche Hirnregionen dabei aktiv werden. »Wir schauen dem Gehirn bei der Arbeit zu«, sagt Axel Mecklinger. Die Forschung sei dabei kein Selbstzweck, sondern ziele auch darauf ab, Gehirnleistungen mithilfe psychologischer Strategien zu verbessern.

Eine Methode, um sichtbar zu machen, was sich beim Erinnern in den verschlungenen Hirnstrukturen abspielt, ist die Aufzeichnung des Elektroenzephalogramms, kurz EEG. Es präsentiert sich als eine Abfolge von Zacken und Wellen, die die elektrische Aktivität an der Kopfoberfläche abbilden. Gemessen werden die Signale von ringförmigen Elektroden, die in eine Plastikhaube eingearbeitet sind. Die Testpersonen stülpen sie über wie eine Bademütze. »In die Elektroden füllen wir einen Elektrolyt, eine leitende Paste, die einen optimalen Ionenfluss zwischen Kopfoberfläche und Elektroden gewährleistet«, erklärt Mecklinger, während einer seiner Studenten an einer Versuchsperson mit einer Kanüle hantiert, die mit der trüb-grauen Paste gefüllt ist. Der junge Mann hat sich für einen Vortest zum eigentlichen Experiment angemeldet, bei dem es um die Erinnerung an visuelle Reize geht. »Solche Pilotierungen sind wichtig, um sicherzustellen, dass mit dem Experiment alles bis ins letzte Detail stimmt«, erläutert der Psychologie-Professor. Inzwischen verreibt sein Mitarbeiter mit einem Wattestäbchen etwas Paste in den runden Aussparungen der Elektroden. Das soll die Kopfhaut der Versuchsperson etwas anrauen und durchgängiger für den Strom machen. Nach einer guten halben Stunde ist das gewünschte Ergebnis erreicht und sämtliche 32 Elektroden sind genau justiert – auch jene seitlich an Kopf und Wange, die die Augenbewegungen und »Blinzler« aufzeichnen sollen. »Die werden später aus dem Signal herausgerechnet, denn sie verursachen im EEG sehr große Ausschläge,« so Mecklinger. Damit möglichst wenig äußere Reize die Testperson ablenken, sitzt sie während des Versuchs allein in einem schalldichten Raum. Im Blickfeld ist nur der Monitor, auf dem  die Aufgaben angezeigt werden. »Der Test dauert maximal 50 Minuten, danach sinkt die Konzentration der Versuchsperson rapide«, sagt Regine Bader. Die Doktorandin muss es wissen: Sie hat Gedächtnistests mit rund 80 Probanden im Alter von 20 bis 30 Jahren durchgeführt und dabei bei einer Hälfte der Versuchspersonen das EEG aufgezeichnet, bei der anderen die Hirnaktivität mittels Magnet-Resonanz Tomographie (MRT) gemessen. Mit ihren Untersuchungen will sie neue Erkenntnisse über Erinnerungsprozesse, insbesondere des assoziativen Gedächtnisses, gewinnen. »Das assoziative Gedächtnis erinnert sich nicht nur an einzelne Fakten, sondern speichert zusätzlich die Verknüpfung zwischen einer Sache und dem räumlichen oder zeitlichen Kontext «, erläutert die 29-jährige Nachwuchswissenschaftlerin. Eine solche Verknüpfung ist beispielsweise: Ich erkenne die Frau, die mir auf der Straße entgegenkommt, und ich weiß außerdem, dass sie Helga heißt und ich sie beim Geburtstag meiner Freundin kennen gelernt habe.

»Man weiß, dass für das assoziative Gedächtnis der Hippocampus, eine kleine Struktur auf der Innenseite des Gehirns, zuständig ist«, erklärt Doktorvater Axel Mecklinger und nennt einen Begriff, der für das Verständnis von Baders Forschungen wichtig ist: Es geht um »arbiträre« Verknüpfungen, also Verbindungen zwischen beliebigen, zusammenhanglosen Fakten oder »Items«, wie die Neuropsychologen sagen. So kann der Hippocampus beispielsweise aus einem Hund, einem Sonnenuntergang und einem Autowrack eine – im wahrsten Sinne des Wortes unvergessliche – Gedächtnisepisode erstellen, und ist auch daran beteiligt, sie beim Erinnern wieder abzurufen. Doch das funktioniert nur in der mittleren Lebensphase des Menschen besonders gut. Denn: Der Hippocampus entwickelt sich lebensgeschichtlich zwar relativ früh, baut sich im Alter aber auch frühzeitig wieder ab: »Ab dem 60. Lebensjahr geht das Hippocampus-Volumen ganz rapide zurück«, sagt Axel Mecklinger. Es stelle sich also die Frage, ob und wie man der Funktionsminderung des assoziativen Gedächtnisses im Alter entgegenwirken könnte. Regine Baders Forschungen sollen dazu beitragen, dies herauszufinden. Für ihre Arbeit hat sie eine aufwändige Testreihe konzipiert, mit der sie herausfinden will, ob man das Erinnern an verschiedene Fakten quasi anderen Gehirnarealen als dem Hippocampus übertragen könnte. In Baders Versuch geht es um das Wiedererkennen von Wortpaaren: Probanden einer Experimentalgruppe und einer Kontrollgruppe sehen auf dem Bildschirm jeweils zwei Begriffe, »die nichts miteinander zu tun haben dürfen«, betont die Hirnforscherin und nennt als Beispiel »Gemüse Bibel.« Die Versuchspersonen der Experimentalgruppe sehen neben dem Wortpaar außerdem eine frei erfundene Definition der zusammengesetzten Begriffe, die für »Gemüse Bibel« lautet: »Buch, das von Hobbygärtnern gelesen wird«.  

Den Teilnehmern der Kontrollgruppe wird dagegen keine Definition, sondern ein Satz mit den beiden Wörtern präsentiert. Zum Beispiel: »Dieses Gemüse wurde schon in der Bibel erwähnt«. Vom eigentlichen Gedächtnistest wissen die Versuchspersonen beider Gruppen zunächst nichts. Erst nach zehn Minuten und einer zwischenzeitlichen Ablenkungsaufgabe folgt dieser ganz überraschend. Getestet wird, ob sich die Probanden die Wortpaare – insgesamt rund hundert verschiedene – merken konnten. Dazu werden ihnen auf dem Monitor wieder jeweils zwei Begriffe eingespielt. Die Aufgabe besteht darin, sich per Knopfdruck möglichst rasch für eine von drei Alternativen zu entscheiden: Ist das Wortpaar bekannt (beispielsweise »Gemüse Bibel«) oder handelt es sich um zwei komplett neue Begriffe oder – als dritte mögliche Antwort – sehe ich ein Paar aus zuvor gesehenen, aber neu zusammengestellten Wörtern (beispielsweise »Strand Bibel«)? Gleichzeitig wird das EEG aufgezeichnet. Die Auswertung der Reaktionszeiten zeichnet ein eindeutiges Bild: »Am schnellsten sind die Versuchspersonen der Experimentalgruppe, wenn sie ein Wortpaar wiedererkennen «, fasst Regine Bader das wichtigste Ergebnis zusammen. In der Kontrollgruppe gibt es für das Erkennen eines alten Wortpaares dagegen keinen Vorteil, die Reaktionszeiten sind genau so lang wie bei den anderen Wahlmöglichkeiten. Warum das so ist, erklärt die Doktorandin so: »Die Probanden der Experimentalgruppe haben durch das Lesen der Definitionen für das Doppelwort jeweils einen neuen Eintrag im Gehirn gebildet, der sehr schnell abgerufen werden kann. Daher wird ein altes Wortpaar ganz rasch wiedererkannt.« Dass das bereits nach Millisekunden passiert – der Länge eines Wimpernschlags – können die Forscher an den unterschiedlichen EEG-Kurven der beiden Versuchsgruppen ablesen, die dann beginnen, deutlich auseinander zu laufen. »Das ist wahnsinnig schnell«, freut sich Axel Mecklinger über die Daten, die das Gehirn mittels EEG von sich preisgibt. Kein Vergleich mit der Zeit, die der Proband braucht, um die Antworttaste zu drücken: »Bis der Finger zuckt, dauert es eine weitere Sekunde.« Die Versuchspersonen der Kontrollgruppe, die nicht mit Definitionen, sondern mit Sätzen gearbeitet haben, zeigen dagegen in keinem Fall eine schnellere Reaktion. Das bedeutet, dass im Gegensatz zur Definition ein Satz dem Gehirn keinen Anreiz bietet, einen einzigen neuen Gedächtniseintrag zu bilden.

Aus dem EEG – und noch viel exakter aus Aufnahmen mittels Magnetresonanztomographie, die den Energieverbrauch in den aktiven Hirnregionen zeigen – lesen die Hirnforscher aber noch viel mehr: Sie können genau erkennen, welche Hirnregionen an den unterschiedlichen Erinnerungsprozessen beteiligt sind. Wenn die Versuchsteilnehmer der Experimentalgruppe ein bekanntes Wortpaar wie »Gemüse Bibel« als »Unit« abrufen, zeigt der Hippocampus nur eine geringe Aktivität, andere Hirnregionen hingegen sind stark aktiviert und reagieren rasch. Der Grund: Der Hippocampus ist weniger beteiligt, wenn es um das Abrufen einer einzigen »Unit« geht. In der Kontrollgruppe ist der Hippocampus dagegen besonders aktiv: Er prüft dann die Verknüpfung zwischen zwei beliebigen Begriffen über zeitintensive Umwege. Entsprechend länger brauchen die Probanden, um zu reagieren.

Darauf, dass Regine Bader als erste Forscherin diese Reaktionsunterschiede für zusammenhanglose Begriffe nachweisen konnte und in einer angesehenen internationalen Fachzeitschrift publiziert hat, ist Axel Mecklinger sehr stolz. Als nächstes wollen die Saarbrücker Hirnforscher herausfinden, ob man diese »Unitarisierung«, wie man das Erstellen eines einzigen Gedächtniseintrags für zwei beliebige Dinge nennt, auch gezielt trainieren kann und im hohen Lebensalter gewinnbringend einsetzen kann. Die neue »Unit« werde ja nicht mithilfe des Hippocampus erinnert, der sich im Alter abbaut, sondern in einem anderen Teil des Gedächtnisses, sagt Mecklinger. »Unser Gehirn ist so flexibel und plastisch, dass es eine Vielzahl von Möglichkeiten fürs Erinnern gibt. Indem man andere Hirnregionen trainiert, die Funktion des Hippocampus zu übernehmen, ließe sich möglicherweise ein Gedächtnistraining für ältere Menschen entwickeln. Dies wird eines unserer nächsten Projekte sein.«

»Cognitive enhancement« nennen die Hirnforscher eine solche Verbesserung der Gehirnleistungen durch psychologische Strategien. So will Sara Studte, ebenfalls Doktorandin am Lehrstuhl, erforschen, ob sich die Gedächtnisleistung durch kürzere Schlafphasen während des Tages, so genanntes Power Napping, steigern lässt. Auch sie wird dazu das EEG vieler Probanden auswerten. »An bestimmten hochzackigen EEG-Wellen, so genannten Schlafspindeln, kann man ablesen, wie gut das Gehirn Gedächtnisinhalte während des Schlafs speichert«, erläutert Mecklinger. Andere Projekte an seinem Lehrstuhl beschäftigen sich mit der Entwicklung des Gedächtnisses im Kindes- und Jugendalter, erforschen Strategien zum Trainieren des Arbeitsgedächtnisses und – ein ganz neues, »heißes« Thema – den Einfluss des sozio-ökonomischen Status auf Hirnaktivierung und Gehirnstrukturen. All das bestreitet der Psychologie- Professor mit vier Doktoranden und drei Postdoc- Mitarbeitern, die sich aus DFG-Drittmitteln finanzieren, sowie mit eineinhalb Mitarbeiterstellen aus Unimitteln. Wie schön, wenn man bei so vielen Forschungsthemen wenigstens dem Gehirn bei der Arbeit zusehen kann.


_Gerhild Sieber