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Erinnerungen durch elektrische Impulse abrufen?

Erinnerungen durch elektrische Impulse abrufen?


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Ich habe gelesen, dass in einem Experiment ein Paar Stimulationselektroden in den visuellen Kortex eines Blinden eingeführt wurde und beim Durchleiten von Elektrizität das Phosphen-Phänomen erzeugt wurde. Ist das beim Gedächtnis genauso? Kann jede einzelne Erinnerung eines Individuums auf ähnliche Weise abgerufen werden? Und wenn ja, in welche Hirnregion werden die Stimulationselektroden eingeführt?


Es gibt eine ganze Reihe von Studien zur Stimulation des Gehirns mit elektrischen Impulsen und es hat sich auch als erfolgreich erwiesen. Drei Artikel von besonderem Interesse, die ich gefunden habe, waren:

1) In einer Studie mit dem Titel "Erklären, wie Gehirnstimulation Erinnerungen wecken kann", wurde festgestellt, dass elektrische Stimulation im temporaler Neokortex kann bei neurochirurgischen Patienten zu spontanem Gedächtnisabruf führen. Das Gehirn der Versuchsperson in der Studie ermöglichte es ihm, wenn es stimuliert wurde, sich an Erinnerungen aus der Zeit zu erinnern, als er in der High School war. Sie kamen zu dem Schluss, dass es Patches von Neuronen gibt, die Erinnerungen für verschiedene Zeiträume kodieren (in diesem Fall die High School). (Hinweis)

2) In der zweiten Studie mit dem Titel "Memory Enhancement und Deep-Brain Stimulation des entorhinalen Bereichs", es wurde beobachtet, dass

entorhinale Stimulation angewendet, während die Probanden die Orte von Orientierungspunkten lernten, verbesserte ihr späteres Gedächtnis an diese Orte: und die Probanden erreichten diese Orientierungspunkte schneller und auf kürzeren Wegen im Vergleich zu Orten, die ohne Stimulation gelernt wurden. (Hinweis)

3) In einer dritten Studie mit dem Titel "Stimulation des entorhinalen Kortex fördert die Neurogenese bei Erwachsenen und erleichtert das räumliche Gedächtnis", wurde festgestellt, dass die Stimulation einer bestimmten Region des Gehirns zur Produktion neuer Gehirnzellen führt, die das Gedächtnis verbessern. (Hinweis)

In zwei dieser Studien wird das Gedächtnis durch Stimulation des entorhinalen Kortex verbessert und in der ersten Studie wurde der Neokortex stimuliert. Daher wird im weitesten Sinne die Großhirnrinde für diese Studien verwendet.

Dies ist ein kontinuierliches Forschungsgebiet zur Behandlung von Krankheiten wie Alzheimer (Referenz).

Gray-Brodman-Entorhinaler Kortex (Wikipedia)

Neocortex-Standort (Hinweis)


Wie das olfaktorische Gehirn das Gedächtnis beeinflusst

Wie die Sinneswahrnehmung im Gehirn Lern- und Gedächtnisprozesse beeinflusst, ist noch lange nicht vollständig verstanden. Zwei Neurowissenschaftler der Ruhr-Universität Bochum (RUB) haben einen neuen Aspekt entdeckt, wie sich die Geruchsverarbeitung auf Gedächtniszentren auswirkt. Sie zeigten, dass der piriforme Kortex – ein Teil des olfaktorischen Gehirns – einen direkten Einfluss auf die Informationsspeicherung in unserer wichtigsten Gedächtnisstruktur, dem Hippocampus, hat. Dr. Christina Strauch und Professorin Denise Manahan-Vaughan berichten über ihre Ergebnisse in der Online-Ausgabe des Magazins Zerebraler Kortex am 9. April 2019.

Elektrische Impulse simulieren Gerüche

Um herauszufinden, wie sich Gerüche auf die Gedächtnisbildung auswirken, lösten die Forscher eine künstliche Geruchswahrnehmung im Gehirn von Ratten aus. Dazu stimulierten sie den piriformen Kortex mit elektrischen Impulsen. „Wir waren sehr überrascht, dass der Hippocampus direkt auf die Stimulation des piriformen Kortex reagiert“, sagt Christina Strauch.

Der Hippocampus verwendet sensorische Informationen, um komplexe Erinnerungen zu erzeugen. Grundlage dieser Prozesse ist die Fähigkeit, die Effizienz der Informationsübertragung über Synapsen zu erhöhen und dadurch Gedächtnisinhalte zu speichern. Dieser Vorgang wird als synaptische Plastizität bezeichnet. Manahan-Vaughan und Strauch zeigten als erste, dass die Stimulation des vorderen piriformen Kortex synaptische Plastizität im Hippocampus auslöst.

Besondere Rolle für den Geruchssinn

In einem zweiten Schritt untersuchten die Forscher, inwieweit der piriforme Kortex mit dem entorhinalen Kortex bei der Ansteuerung der synaptischen Plastizität des Hippocampus konkurriert. Diese Struktur sendet Informationen über die Aktivität in allen Sinnesmodalitäten an den Hippocampus. Die Aktivierung des afferenten Weges dieser Struktur, der als perforanter Weg bezeichnet wird, löste im Hippocampus völlig andere Reaktionsmuster aus als die des piriformen Kortex. „Die Studie liefert uns eine theoretische Grundlage, um zu verstehen, wie der Geruchssinn bei der Gedächtnisbildung und dem Abruf eine so besondere Rolle spielt“, kommentierte Denise Manahan-Vaughan.

Die beiden Wissenschaftler arbeiten seit 2010 zusammen, um zu untersuchen, wie Gerüche Gedächtnisbildung verursachen.


Durchbruch bei der Gedächtnisverbesserung: Zur richtigen Zeit sichere elektrische Impulse an das Gehirn senden

Seit Jahrzehnten haben Wissenschaftler Tonnen von medizinischen Studien zur Verbesserung des Gedächtnisses durchgeführt. Und endlich ein Durchbruch. In einer in der Zeitschrift Current Biology veröffentlichten Studie haben Neurowissenschaftler der University of Pennsylvania gezeigt, dass es möglich sein könnte, das Gedächtnis zu verbessern, indem winzige Stromimpulse genau zum richtigen Zeitpunkt verwendet werden. Das Gehirn zu stimulieren, wenn vorhergesagt wird, dass es schlecht funktioniert, ist bei der Verbesserung des Gedächtnisses wirksam. Andererseits beeinträchtigt die Stimulation des Gehirns, wenn es gut funktioniert, das Gedächtnis. Das Timing machte den Unterschied.

Gegenstand der Untersuchung war eine Gruppe von Patienten mit schwerer Epilepsie. Als Teil ihrer Behandlung hatten diese Personen bereits Elektroden vorübergehend in ihr Gehirn implantiert, was die Studie mit elektrischer Stimulation des Gehirns erleichterte. Die früheren Studien lieferten jedoch keine erfolgreichen Ergebnisse. Es gab Zeiten, in denen eine Verbesserung des Gedächtnisses erreicht wurde und Zeiten, in denen das Gedächtnis beeinträchtigt war.

Das Team untersuchte weiterhin mehr Epilepsiepatienten im Hinblick auf Anwendungen zur Gedächtnisverbesserung. Laut dem Leiter des Forschungsteams, Michael Kahana, untersuchten sie dieses Mal, wie sich die Auswirkungen der Stimulation bei einer schlechten Gedächtnisfunktion gegenüber einer effektiven Gedächtnisfunktion unterscheiden. Die Studie umfasste Patienten, die am Hospital der University of Pennsylvania, am Thomas Jefferson University Hospital, am Dartmouth-Hitchcock Medical Center, am Emory University Hospital, an der University of Texas Southwestern, der Mayo Clinic, der Columbia University, der National Institutes of Health Clinical Center und der University of Washington, wie die New York Times berichtet.

Während sie sichere elektrische Gehirnimpulse erhielten, wurden die Teilnehmer gebeten, Listen mit gebräuchlichen Wörtern zu studieren und sich daran zu erinnern. Während dieses Vorgangs wurde die elektrische Aktivität von Elektroden, die in das Gehirn der Patienten implantiert wurden, aufgezeichnet. Aufzeichnungen zeigten, dass die Identifizierung elektrischer Muster vorhersagte, ob sich der Patient an etwas erinnern würde oder nicht.

Das Team führte das Experiment dann während der Zeit des effektiven Gedächtnisses und während der Zeit des schlechten Gedächtnisses durch. Das Ergebnis war ein Durchbruch. Die Wissenschaftler fanden heraus, dass sich das Gedächtnis verschlechtert, wenn elektrische Impulse während Perioden mit effektivem Gedächtnis eintreffen. Aber wenn der elektrische Impuls in Zeiten schlechter Funktion zapft, wird das Gedächtnis erheblich verbessert, wie von Medical Press berichtet.

Die Forscher hoffen, dass ihre Ergebnisse zum Durchbruch bei der Gedächtnisverbesserung ein wichtiger Schritt in Richtung des Ziels sein würden, Menschen mit allen Arten von Hirnverletzungen oder -krankheiten zu helfen. Die Forschung wurde von der Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA) finanziert, um den aus dem Irak und Afghanistan zurückkehrenden Truppen mit Gedächtnisproblemen durch traumatische Hirnverletzungen zu helfen.


Pflanzen können nicht "denken und sich erinnern", aber an ihnen ist nichts Dummes: Sie sind erschreckend raffiniert

Pflanzen können Informationen "von Blatt zu Blatt auf eine sehr ähnliche Weise wie unser eigenes Nervensystem übertragen", schrieb BBC News. Der Artikel behauptet weiterhin, dass Pflanzen sich an Informationen erinnern und "im Licht verschlüsselte Informationen verwenden, um sich gegen saisonale Krankheitserreger zu immunisieren".

Pflanzen können weder denken noch sich erinnern. Diese entlehnten Begriffe beschreiben nicht genau, wie Pflanzen funktionieren. Wie die meisten Organismen können Pflanzen jedoch die Welt um sich herum wahrnehmen, Informationen aus ihrer Umgebung verarbeiten und auf diese Informationen reagieren, indem sie ihr Wachstum und ihre Entwicklung verändern. Tatsächlich reagieren Pflanzen auf Veränderungen in ihrer Umgebung auf eine Weise, die viele überraschend raffiniert finden würden, obwohl Botaniker diese Fähigkeiten seit Jahrhunderten kennen.

„Ein großer Fehler, den Menschen machen, ist, so zu sprechen, als ob Pflanzen „wissen“, was sie tun“, sagt Elizabeth Van Volkenburgh, Botanikerin an der University of Washington. "Biologielehrer, Forscher, Studenten und Laien machen alle den gleichen Fehler. Ich würde eher sagen, dass eine Pflanze spürt und reagiert, anstatt dass die Pflanze „weiß“. Wörter wie „Intelligenz“ oder „Denken“ für Pflanzen zu verwenden, ist einfach falsch. Manchmal macht es Spaß, es ist ein bisschen provokant. Aber es ist einfach falsch. Es ist leicht, den Fehler zu machen, ein Wort aus einem anderen Feld zu nehmen und es auf eine Pflanze anzuwenden."

Die BBC News-Geschichte basiert auf einer Studie zur Veröffentlichung in Die Pflanzenzelle. Co-Autor Stanislaw Karpinski von der Warschauer Universität für Biowissenschaften in Polen präsentierte kürzlich seine Forschung auf der Jahrestagung der Gesellschaft für Experimentelle Biologie in Prag, Tschechische Republik.

Die Geschichte besagt, dass laut der Studie die Stimulierung einer Blattzelle mit Licht eine Kaskade elektrochemischer Ereignisse in der gesamten Pflanze erzeugt, die über spezialisierte Zellen, sogenannte Bündelscheidenzellen, kommuniziert werden, genauso wie elektrische Impulse entlang der Nervenzellen im Nervensystem übertragen werden eines Tieres. Die Forscher fanden heraus, dass diese Reaktionen auch im Dunkeln mehrere Stunden später anhielten, was sie als eine Art Erinnerung interpretierten.

Dies ist so, als würde man sagen, dass sich das Wasser an etwas "erinnert", weil die Oberfläche eines Teiches sich weiter kräuselt, wenn er von einem Kieselstein getroffen wird. Die Analogie trifft nicht ganz zu. Aber Pflanzen produzieren elektrische Signale und die Funktion dieser Signale als Reaktion auf Licht ist der eigentliche Schwerpunkt der neuen Studie – dem jüngsten Beitrag zu einer wachsenden Zahl von Arbeiten über elektrische Signale in Pflanzen.

Obwohl Pflanzen keine Nerven besitzen, sind Pflanzenzellen in der Lage, elektrische Impulse zu erzeugen, die Aktionspotentiale genannt werden, genau wie die Nervenzellen bei Tieren. Tatsächlich sind alle biologischen Zellen elektrisch.

Zellen verwenden Membranen, um ihr Inneres von ihrem Äußeren zu trennen. Einige sehr kleine Moleküle können die Membranen infiltrieren, aber die meisten Moleküle müssen durch Poren oder Kanäle innerhalb der Membran passieren. Eine Gruppe wandernder Moleküle ist die Ionenfamilie: geladene Teilchen wie Natrium, Kalium, Chlorid und Calcium.

Immer wenn sich unterschiedliche Konzentrationen von Ionen auf gegenüberliegenden Seiten einer Zellmembran ansammeln, besteht die Möglichkeit eines elektrischen Stroms. Zellen verwalten dieses elektrische Potenzial mithilfe von Proteinkanälen und Pumpen, die in die Zellmembran eingebettet sind – Gatekeeper, die den Fluss geladener Teilchen durch die Zellmembran regulieren. Der kontrollierte Fluss von Ionen in und aus einer Zelle stellt sowohl bei Pflanzen als auch bei Tieren elektrische Signale dar.

"In jeder Zelle gibt es eine Membran", erklärt Alexander Volkov, Pflanzenphysiologe an der Oakwood University in Alabama. "Du hast auf beiden Seiten Ionen in unterschiedlicher Konzentration, wodurch ein elektrisches Potential entsteht. Es spielt keine Rolle, ob es sich um eine Tier- oder Pflanzenzelle handelt, es ist die allgemeine Chemie."

Da bestimmte Arten von Pflanzenzellen einige Merkmale mit Nervenzellen gemein haben—sie sind in röhrenförmigen Bündeln angeordnet, beherbergen sie Ionenkanäle in ihren Membranen—einige Botaniker haben vorgeschlagen, dass Pflanzen Aktionspotentiale entlang verbundener Netzwerke dieser Zellen ausbreiten, ähnlich der Signalübertragung in das Nervensystem eines Tieres. Die meisten Botaniker sind sich jedoch einig, dass Pflanzen keine Zellnetzwerke haben, die sich speziell für die schnelle elektrische Signalübertragung über große Entfernungen entwickelt haben, wie dies bei den meisten Tieren der Fall ist. Pflanzen haben einfach kein echtes Nervensystem.

Wenn Pflanzen also keine elektrischen Signale im Nervensystem wie Tiere verwenden, was tun sie dann mit den von ihnen erzeugten elektrischen Impulsen? Pflanzenbiologen wissen es in den meisten Fällen nicht. „Wir kennen die elektrische Signalübertragung bei Pflanzen so lange wie wir sie bei Tieren kennen“, sagt Van Volkenburgh. "Aber bei den meisten Pflanzen ist es eine offene Frage, wozu diese Signale dienen." Die bemerkenswerten Ausnahmen von diesem Mysterium sind Pflanzen, die für eine schnelle Bewegung auf elektrische Signale angewiesen sind, wie die fleischfressende Venusfliegenfalle oder Mimose pudica—Eine Pflanze, deren Blätter sich beim Bürsten zusammenfalten, um Pflanzenfresser abzuschrecken (siehe Film unten).

In den letzten Jahren haben einige Forschungen darauf hingewiesen, dass die elektrische Signalgebung in Pflanzen alle Arten von biologischen Prozessen in Pflanzenzellen modifiziert und reguliert. Elektrische Signale, so argumentierten einige Botaniker, haben mehr Kraft als die Schnappfallen der exotischen Venusfliegenfalle – sie sind genauso wichtig für das Gras, das auf Ihrem Rasen wächst. Elektrische Impulse in Pflanzen zu messen ist einfach, aber sie mit bestimmten Pflanzenfunktionen zu verknüpfen ist viel schwieriger und die Pflanzenbiologie-Gemeinschaft ist bei weitem nicht einig, wie die meisten Pflanzen diese Impulse verwenden.

Karpinskis neue Studie versucht, die lichtaktivierte elektrische Aktivität mit der Immunabwehr in Pflanzen in Verbindung zu bringen. In der neuen Studie infizierten Forscher die Blätter von Arabidopsis thaliana (Ackerschmalwand) mit einem bakteriellen Krankheitserreger entweder eine Stunde, bevor die Pflanze einer starken Dosis blauen, roten oder weißen Lichts ausgesetzt wird, oder eine, acht oder 24 Stunden, nachdem die Pflanze dem Licht ausgesetzt wurde. Pflanzen, die vor der Infektion mit Licht behandelt wurden, entwickelten Resistenzen, aber Pflanzen, die ohne vorherige Beleuchtung infiziert wurden, zeigten keine Resistenz.

Bei starkem Licht, erklärt Karpinski, absorbieren Pflanzen mehr Energie, als sie für die Photosynthese verbrauchen können, aber er glaubt nicht, dass Pflanzen diese überschüssige Energie verschwenden. Karpinski sagt, dass Pflanzen die Energie in Wärme und elektrochemische Aktivität umwandeln, die später biologische Prozesse wie die Immunabwehr auslösen können. "Es scheint, dass Pflanzen nur mit ihrem Lichtabsorptionssystem Resistenzen gegen Krankheitserreger aufbauen können", sagt Karpinski. „Wir fanden heraus, dass elektrochemische Signale diesen Prozess regulieren. Elektrische Signalisierung in Pflanzen ist aus der Zeit Darwins bekannt – es ist nichts Neues. Was jedoch nicht beschrieben wurde, ist, dass Licht Aktionspotentiale induzieren kann. Wir haben festgestellt, dass es eine unterschiedliche Signalisierung für blaues, weißes und rotes Licht gibt. Wenn Pflanzen unterschiedlich unterschiedliche Lichtwellenlängen signalisieren können, dann können Pflanzen auch Farben sehen."

Karpinski glaubt, dass Pflanzen verschiedene elektrische Impulse erzeugen, wenn verschiedene Wellenlängen des Lichts auf ihre Blätter treffen, und dass Pflanzen diese Impulse verwenden, um ihre Immunabwehr irgendwie zu regulieren. Er spekuliert sogar, dass Pflanzen diese Fähigkeit nutzen können, um saisonale Krankheitserreger zu bekämpfen. Aber wie genau dieser Mechanismus funktionieren würde, ist unklar.

Die Rolle der elektrischen Signale in den meisten Pflanzen bleibt weitgehend mysteriös und unerklärt&8212und rechtfertigt sicherlich nicht die Behauptung, Pflanzen könnten "denken und sich erinnern" auf Veränderungen in ihrer Umgebung.

Denken Sie nur daran, dass Wurzeln immer in Richtung der Schwerkraft wachsen und Triebe immer in Richtung Licht wachsen, selbst wenn Sie eine Pflanze auf die Seite drehen. Biologen haben herausgefunden, dass diese Prozesse, die als Gravitropismus bzw. Phototropismus bezeichnet werden, auf Hormonen beruhen, die die Zellwachstumsrate im Pflanzengewebe verändern: Wenn eine Seite einer Wurzel oder eines Triebs schneller wächst als eine andere, verbiegt sie sich. Kletterpflanzen, wie Weinreben und Schlingpflanzen, verwenden ähnliche Mechanismen, um auf Berührungen zu reagieren, indem sie sich um die erste Stange, Wand oder den ersten Ast, die sie berühren, klammern und sich kräuseln.

Pflanzen verarbeiten auch Informationen aus ihrer Umgebung und ändern ihr Wachstum basierend auf diesen Informationen. "Manche Pflanzen blühen, wenn die Tage kürzer werden und andere, wenn die Tage länger werden. Sie „wissen“, dass die Tage länger oder kürzer werden, indem sie die Reaktionen auf jede Tages- und Nachtlänge tabellarisch darstellen“, sagt Van Volkenburgh. „Die Funktionsweise basiert auf dem circadianen Rhythmus der Pflanzen. Menschen wissen nicht, dass Pflanzen einen zirkadianen Rhythmus haben, genau wie Tiere. Pflanzen haben alle Arten von Bewegung, die auf ihrem zirkadianen Rhythmus basieren."

Junge Sonnenblumen und die Blütenspitzen und Blätter anderer junger Pflanzen können den Sonnenbogen von Ost nach West verfolgen – ein Phänomen namens Heliotropismus, das während einer entscheidenden Wachstumsphase für maximale Lichtexposition sorgt. Dann gibt es noch weitere verblüffende Beispiele für Pflanzen, die sich als Reaktion auf ihre Umgebung verändern. Betrachten Sie die Telegraph-Pflanze: ein eigenartiger asiatischer Strauch mit winzigen Satellitenblättern, die sich ständig drehen, um das Licht in seiner Umgebung zu überwachen. Die Satellitenflügel schwenken so zuverlässig und schnell, dass Sie sie tatsächlich in Echtzeit beobachten können (siehe Film unten). Ihr ständiger Tanz verfolgt die Bewegung des Lichts im Laufe des Tages und passt die Position der Primärblätter an, um so viel Licht wie möglich zu absorbieren.

Bei solch überraschenden Beispielen für die Fähigkeit von Pflanzen, Informationen zu verarbeiten und sich an ihre Umgebung anzupassen, besteht keine Notwendigkeit, Pflanzen mit Intelligenz, Denken, Gedächtnis oder anderen kognitiven Fähigkeiten auszustatten, die sie nicht wirklich besitzen und nicht brauchen. Sie sind schon genug schlau.

Bild des Blattes mit freundlicher Genehmigung von Wikimedia Commons

Die geäußerten Ansichten sind die der Autoren und nicht unbedingt die von Scientific American.

ÜBER DIE AUTOREN)

Ferris Jabr ist ein mitwirkender Autor für Wissenschaftlicher Amerikaner. Er hat auch für die . geschrieben New York Times Magazin, das New-Yorker und Außen.


Kapitelzusammenfassung

In diesem Kapitel haben Sie das menschliche Nervensystem kennengelernt. Konkret haben Sie Folgendes gelernt:

  • Das Nervensystem ist das Organsystem, das alle willkürlichen und unwillkürlichen Handlungen des Körpers koordiniert, indem es Signale zu und von verschiedenen Körperteilen überträgt. Es besteht aus zwei Hauptabteilungen, dem zentralen Nervensystem (ZNS) und dem peripheren Nervensystem (PNS).
  • Das ZNS umfasst das Gehirn und das Rückenmark.
  • Das PNS besteht hauptsächlich aus Nerven, die das ZNS mit dem Rest des Körpers verbinden. Es hat zwei Hauptabteilungen: das somatische Nervensystem und das autonome Nervensystem. Das somatische System kontrolliert Aktivitäten, die unter freiwilliger Kontrolle stehen. Das autonome System kontrolliert unfreiwillige Aktivitäten.
  • Das autonome Nervensystem ist weiter unterteilt in die sympathische Abteilung, die die Kampf-oder-Flucht-Reaktion steuert, die parasympathische Abteilung, die die meisten routinemäßigen unwillkürlichen Reaktionen steuert, und die enterische Abteilung, die die lokale Steuerung der Verdauungsprozesse übernimmt.
  • Die vom Nervensystem gesendeten Signale sind elektrische Signale, die Nervenimpulse genannt werden. Sie werden von speziellen, elektrisch erregbaren Zellen, den Neuronen, übertragen, die eine von zwei Hauptzelltypen des Nervensystems sind.
  • Gliazellen sind die andere Hauptart von Zellen des Nervensystems. Es gibt viele Arten von Gliazellen und sie haben viele spezifische Funktionen. Im Allgemeinen funktionieren Gliazellen, um Neuronen zu unterstützen, zu schützen und zu nähren.
  • Zu den Hauptteilen eines Neurons gehören der Zellkörper, Dendriten und das Axon. Der Zellkörper enthält den Zellkern. Dendriten empfangen Nervenimpulse von anderen Zellen, und das Axon überträgt Nervenimpulse an den Axonenden an andere Zellen. Eine Synapse ist eine komplexe Membranverbindung am Ende eines Axonterminals, die Signale an eine andere Zelle überträgt.
  • Axone sind oft von einer elektrisch isolierenden Myelinscheide umhüllt, die von Gliazellen produziert wird. Elektrische Impulse, die Aktionspotentiale genannt werden, treten an Lücken in der Myelinscheide auf, den sogenannten Ranvier-Knoten, die die Weiterleitung von Nervenimpulsen durch das Axon beschleunigen.
  • Neurogenese oder die Bildung neuer Neuronen durch Zellteilung kann in einem reifen menschlichen Gehirn auftreten, jedoch nur in begrenztem Umfang.
  • Das Nervengewebe im Gehirn und Rückenmark besteht aus grauer Substanz, die hauptsächlich die Zellkörper von Neuronen enthält, und weißer Substanz, die hauptsächlich myelinisierte Axone von Neuronen enthält. Nerven des peripheren Nervensystems bestehen aus langen Bündeln myelinisierter Axone, die sich durch den ganzen Körper erstrecken.
  • Es gibt Hunderte von Arten von Neuronen im menschlichen Nervensystem, aber viele können auf der Grundlage der Richtung klassifiziert werden, in die sie Nervenimpulse übertragen. Sensorische Neuronen transportieren Nervenimpulse vom Körper weg zum Zentralnervensystem, Motoneuronen transportieren sie vom Zentralnervensystem weg zum Körper und Interneurone transportieren sie oft zwischen sensorischen und motorischen Neuronen.
  • Ein Nervenimpuls ist ein elektrisches Phänomen, das aufgrund eines Unterschieds der elektrischen Ladung in der Plasmamembran eines Neurons auftritt.
  • Die Natrium-Kalium-Pumpe hält einen elektrischen Gradienten über die Plasmamembran eines Neurons aufrecht, wenn sie keinen Nervenimpuls aktiv überträgt. Dieser Gradient wird als Ruhepotential des Neurons bezeichnet.
  • Ein Aktionspotential ist eine plötzliche Umkehr des elektrischen Gradienten über die Plasmamembran eines ruhenden Neurons. Es beginnt, wenn das Neuron ein chemisches Signal von einer anderen Zelle oder einer anderen Art von Stimulus empfängt. Das Aktionspotential wandert als elektrischer Strom schnell durch das Axon des Neurons.
  • Ein Nervenimpuls wird entweder über eine elektrische oder eine chemische Synapse an eine andere Zelle übertragen. An einer chemischen Synapse werden Neurotransmitter-Chemikalien von der präsynaptischen Zelle in den synaptischen Spalt zwischen den Zellen freigesetzt. Die Chemikalien wandern über den Spalt zur postsynaptischen Zelle und binden an Rezeptoren, die in ihre Membran eingebettet sind.
  • Es gibt viele verschiedene Arten von Neurotransmittern. Ihre Wirkung auf die postsynaptische Zelle hängt im Allgemeinen von der Art des Rezeptors ab, an den sie binden. Die Wirkungen können auf komplexere Weise erregend, hemmend oder modulierend sein. Bei Problemen mit Neurotransmittern oder deren Rezeptoren können sowohl körperliche als auch psychische Störungen auftreten.
  • Das ZNS umfasst das Gehirn und das Rückenmark. Es wird physisch durch Knochen, Hirnhäute und Zerebrospinalflüssigkeit geschützt. Es wird chemisch durch die Blut-Hirn-Schranke geschützt.
  • Das Gehirn ist die Schaltzentrale des Nervensystems und des gesamten Organismus. Das Gehirn verbraucht einen relativ großen Teil der Körperenergie, hauptsächlich in Form von Glukose.
  • Das Gehirn gliedert sich in drei große Teile mit jeweils unterschiedlichen Funktionen: Hirnstamm, Kleinhirn und Großhirn. Das Großhirn ist weiter in linke und rechte Hemisphäre unterteilt. Jede Hemisphäre hat vier Lappen: frontal, parietal, temporal und okzipital. Jeder Lappen ist mit bestimmten Sinnen oder anderen Funktionen verbunden.
  • Das Großhirn hat eine dünne äußere Schicht, die als Großhirnrinde bezeichnet wird. Seine vielen Falten verleihen ihm eine große Oberfläche. Hier findet die meiste Informationsverarbeitung statt.
  • Zu den inneren Strukturen des Gehirns gehören der Hypothalamus, der über die Hypophyse das endokrine System steuert, und der Thalamus, der mehrere unwillkürliche Funktionen hat.
  • Das Rückenmark ist ein röhrenförmiges Bündel von Nervengewebe, das sich vom Kopf über die Mitte des Rückens bis zum Becken erstreckt. Es dient hauptsächlich dazu, das Gehirn mit dem PNS zu verbinden. Es steuert auch bestimmte schnelle Reaktionen, die als Reflexe bezeichnet werden, ohne dass das Gehirn dazu kommt.
  • Eine Rückenmarksverletzung kann zu einer Lähmung (Empfindungs- und Bewegungsverlust) des Körpers unterhalb des Verletzungsniveaus führen, da Nervenimpulse über diesen Punkt hinaus nicht mehr im Rückenmark auf und ab wandern können.
  • Das PNS besteht aus dem gesamten Nervengewebe, das außerhalb des ZNS liegt. Seine Hauptfunktion besteht darin, das ZNS mit dem Rest des Organismus zu verbinden.
  • Die Gewebe, aus denen das PNS besteht, sind Nerven und Ganglien. Ganglien fungieren als Relaispunkte für Nachrichten, die durch Nerven übertragen werden. Nerven werden als sensorisch, motorisch oder eine Mischung aus beiden klassifiziert.
  • Das PNS ist physikalisch oder chemisch nicht so gut geschützt wie das ZNS, daher ist es anfälliger für Verletzungen und Krankheiten. Zu den PNS-Problemen gehören Verletzungen durch Diabetes, Gürtelrose und Schwermetallvergiftung. Zwei Erkrankungen des PNS sind das Guillain-Barre-Syndrom und die Charcot-Marie-Tooth-Krankheit.
  • Der menschliche Körper hat zwei Hauptarten von Sinnen, spezielle Sinne und allgemeine Sinne. Besondere Sinne haben spezialisierte Sinnesorgane und umfassen Sehen (Augen), Hören (Ohren), Gleichgewicht (Ohren), Schmecken (Zunge) und Riechen (Nasengänge). Allgemeine Sinne sind alle mit Berührung verbunden und es fehlen spezielle Sinnesorgane. Berührungsrezeptoren finden sich im ganzen Körper, besonders aber in der Haut.
  • Alle Sinne sind auf Sinnesrezeptorzellen angewiesen, um Sinnesreize zu erkennen und in Nervenimpulse umzuwandeln. Arten von sensorischen Rezeptoren umfassen Mechanorezeptoren (mechanische Kräfte), Thermorezeptoren (Temperatur), Nozizeptoren (Schmerz), Photorezeptoren (Licht) und Chemorezeptoren (Chemikalien).
  • Berührung umfasst die Fähigkeit, Druck, Vibration, Temperatur, Schmerz und andere taktile Reize zu spüren. Die Haut enthält verschiedene Arten von Berührungsrezeptorzellen.
  • Vision ist die Fähigkeit, Licht zu spüren und zu sehen. Das Auge ist das besondere Sinnesorgan, das Licht sammelt und fokussiert, Bilder formt und in Nervenimpulse umwandelt. Sehnerven senden Informationen von den Augen an das Gehirn, das die visuellen Informationen verarbeitet und uns das, was wir sehen, „zitiert&rdquo.
  • Häufige Sehprobleme sind Myopie (Kurzsichtigkeit), Hyperopie (Weitsichtigkeit) und Presbyopie (altersbedingte Abnahme der Nahsicht).
  • Hören ist die Fähigkeit, Schallwellen wahrzunehmen, und das Ohr ist das Organ, das Schall wahrnimmt. Es wandelt Schallwellen in Schwingungen um, die Nervenimpulse auslösen, die über den Hörnerv zum Gehirn gelangen. Das Gehirn verarbeitet die Informationen und „„„„ was wir hören.
  • Das Ohr ist auch das Organ, das für den Gleichgewichtssinn verantwortlich ist, also die Fähigkeit, eine angemessene Körperhaltung zu spüren und zu halten. Die Ohren senden Impulse über die Kopfposition an das Gehirn, das über das periphere Nervensystem Nachrichten an die Skelettmuskulatur sendet. Die Muskeln reagieren, indem sie sich zusammenziehen, um das Gleichgewicht zu halten.
  • Geschmack und Geruch sind beides Fähigkeiten, Chemikalien wahrzunehmen. Geschmacksrezeptoren in den Geschmacksknospen auf der Zunge nehmen Chemikalien in der Nahrung wahr und Geruchsrezeptoren in den Nasengängen nehmen Chemikalien in der Luft wahr. Der Geruchssinn trägt wesentlich zum Geschmackssinn bei.
  • Psychoaktive Drogen sind Substanzen, die die Funktion des Gehirns verändern und zu Veränderungen der Stimmung, des Denkens, der Wahrnehmung und/oder des Verhaltens führen. Dazu gehören verschreibungspflichtige Medikamente wie Opioid-Schmerzmittel, legale Substanzen wie Nikotin und Alkohol sowie illegale Drogen wie LSD und Heroin.
  • Psychoaktive Medikamente werden nach ihrer pharmakologischen Wirkung in verschiedene Klassen eingeteilt. Dazu gehören Stimulanzien, Beruhigungsmittel, Anxiolytika, Euphorien, Halluzinogene und Empathogene. Viele psychoaktive Medikamente haben mehrere Wirkungen, so dass sie in mehr als eine Klasse eingeordnet werden können.
  • Psychoaktive Medikamente entfalten ihre Wirkung im Allgemeinen, indem sie die Gehirnchemie beeinflussen. Im Allgemeinen wirken sie entweder als Agonisten, die die Aktivität bestimmter Neurotransmitter verstärken, oder als Antagonisten, die die Aktivität bestimmter Neurotransmitter verringern.
  • Psychoaktive Drogen werden für verschiedene Zwecke verwendet, einschließlich medizinischer, ritueller und Erholungszwecke.
  • Der Missbrauch psychoaktiver Drogen kann zu einer Sucht führen, d. h. dem zwanghaften Konsum einer Droge trotz negativer Folgen. Der anhaltende Konsum einer Suchtdroge kann zu einer körperlichen oder psychischen Abhängigkeit von der Droge führen. Die Rehabilitation beinhaltet typischerweise eine Psychotherapie und manchmal den vorübergehenden Gebrauch anderer psychoaktiver Medikamente.

Neben dem Nervensystem gibt es ein weiteres System des Körpers, das für die Koordination und Regulierung vieler verschiedener Funktionen und das endokrine System wichtig ist. Im nächsten Kapitel erfahren Sie mehr über das endokrine System.


Was ein Anti-Gedächtnis ist und wie es deinen Geist befreit

Sie fragen sich, wie Ihr Gehirn Platz für neue Erinnerungen macht? Wissenschaftler in Oxford haben gerade herausgefunden, wie.

Neurowissenschaftler in Oxford haben gerade herausgefunden, wie Ihr Gehirn Erinnerungen in einen Langzeitspeicher verschiebt. Es wird als Anti-Gedächtnis bezeichnet und ist hilfreicher, als es sich anhört.

Erinnerungen sind im Grunde elektrische Impulse. Aber was passiert, wenn diese Impulse immer feuern? Würden sie Ihr Gehirn so überlasten, wie das Ausführen von zu vielen Programmen auf Ihrem Computer seinen Arbeitsspeicher zerstören würde? Die Antwort ist ja. Wissenschaftler glauben, dass diese übermäßig erregten Neuronen die Schuldigen für Erkrankungen wie Epilepsie, Schizophrenie und Autismus sein könnten. Der Ausgleich, der das verhindert, sind Anti-Erinnerungen.

Stellen Sie sich diese als Defragmentierung des Arbeitsspeichers eines Speichers vor. Anti-Gedächtnisse sind Neuronen, die die elektrische Aktivität, die durch die Gedächtnisbildung erzeugt wird, verringern. Anti-Erinnerungen arbeiten mit Erinnerungen zusammen, um eine Überlastung des Gehirns zu verhindern. Sie wirken sich nicht auf Erinnerungen aus, sie bringen nur den Prozess zum Schweigen, der sie durchführt, damit Ihr Gehirn andere Dinge tun kann.

Wenn Sie ein Gedächtnis bilden, setzt Ihr Gehirn es aus verschiedenen Teilen Ihres Gehirns zusammen und baut es jedes Mal von Grund auf neu auf. Es gibt drei Schritte, um ein Gedächtnis aufzubauen – es zu codieren (absichtlich dem Gedächtnis zuzuschreiben), es zu konsolidieren (verschiedene Teile des Gehirns kleben das Gedächtnis zusammen) und es abzurufen (das Gedächtnis abzurufen). Jedes Mal, wenn Sie eine Erinnerung abrufen, erhöhen Sie die Fähigkeit Ihres Gehirns, sich daran zu erinnern, indem Sie die Nervenbahn zu dieser Erinnerung stärken. Das macht das Gedächtnis auf lange Sicht stärker und leichter abrufbar. Hier ist eine kurze Grundierung:

Bildnachweis: Head Squeeze, Brit Lab/YouTube

Anti-Erinnerungen funktionieren auf die gleiche Weise, nur umgekehrt. Wissenschaftler hatten ihre Existenz lange Zeit anhand von Modellen und Studien an Mäusen theoretisiert. Neurologen der Universität Oxford konnten sie mit diesem Experiment endlich beim Menschen beobachten, deren Ergebnisse in der Fachzeitschrift Neuron veröffentlicht wurden. Hauptautorin Helen Barron erklärt den Prozess in einer Pressemitteilung:

Um diese Verknüpfungen oder assoziativen Erinnerungen zu messen, verwenden wir eine Technik namens Wiederholungsunterdrückung, bei der die wiederholte Exposition gegenüber einem Reiz – in diesem Fall den Formen – eine abnehmende Aktivität in dem Bereich des Gehirns verursacht, der Formen darstellt. Indem wir diese Unterdrückungseffekte über verschiedene Stimuli hinweg betrachten, können wir diesen Ansatz verwenden, um zu identifizieren, wo Erinnerungen gespeichert sind.

Die in der Studie identifizierten Speicherpfade. Bildnachweis: Neuron

Die Forscher konnten dies tun, indem sie die Gehirnaktivität der Teilnehmer beobachteten, während sie sich die Formen mithilfe der funktionellen Magnetresonanztomographie (fMRT) einprägten. Im Laufe der Zeit traten die Anti-Gedächtnis-Neuronen ein und blockierten die Erinnerungen an die Formen. "Über 24 Stunden verstummten die Formassoziationen im Gehirn", sagte Barron. Interessanterweise sahen sie nicht wie zusätzliche Erinnerungen aus, sondern wie eine Abwesenheit von Gehirnaktivität. Sie sind es nicht - sie sind nur auf demselben neuronalen Pfad aktiv. Stellen Sie sich das so vor, als ob jemand seine Schritte zurückverfolgt:

Das kann daran gelegen haben, dass das Gehirn neu ausbalanciert wurde, oder es könnte einfach sein, dass die Assoziationen vergessen wurden. Am nächsten Tag unternahmen einige der Freiwilligen zusätzliche Tests, um zu bestätigen, dass die Stilllegung eine Folge der Neuausrichtung war. Wenn die Erinnerungen vorhanden waren, aber durch hemmende Repliken zum Schweigen gebracht wurden, dachten wir, dass es möglich sein sollte, die Erinnerungen durch Unterdrückung der hemmenden Aktivität erneut auszudrücken.

Um die Erinnerungen neu auszudrücken, verwendeten die Forscher transkranielle Gleichstromstimulation (tDCS), um einen geringen Strom an das Gehirn der Freiwilligen anzulegen. Dadurch reduzierten die Forscher die Aktivität der Anti-Gedächtnis-Neuronen – und die Erinnerungen an die Formassoziationen kamen zurück.

"Dieses Ergebnis steht im Einklang mit einem Ausgleichsmechanismus", sagt Barron. "Die Zunahme der Erregung, die beim Lernen und bei der Gedächtnisbildung beobachtet wird, wenn erregende Verbindungen gestärkt werden, scheint durch eine Stärkung hemmender Verbindungen ausgeglichen zu werden."

Obwohl die Stichprobengröße für diese Studie klein war, setzt das Forschungsteam große Hoffnungen auf ihre Ergebnisse. "Das Paradigma hat das Potenzial, direkt auf Patientenpopulationen übertragen zu werden, einschließlich derer, die an Schizophrenie und Autismus leiden", sagte Barron. "Wir hoffen, dass diese Forschung nun in Zusammenarbeit mit Psychiatern und Patientenpopulationen vorangetrieben werden kann, damit wir dieses neue Verständnis für die Diagnose und Behandlung von psychischen Störungen entwickeln und anwenden können."


Wo stehst du in deiner Erinnerung?

In einer neuen Studie der University of Alberta haben Forscher untersucht, welche Bereiche des Gehirns aktiviert werden, wenn wir uns erinnern.

Wenn wir uns auf die übliche Weise an eine Erfahrung erinnern, tun wir dies aus der Ich-Perspektive, als ob wir sie noch einmal erleben würden. Wir sehen unsere Erinnerung mit unseren eigenen Augen und erleben sie neu.

Aber wenn wir uns aus der Perspektive der dritten Person erinnern, als würden wir uns von außen nach innen betrachten, finden wir eine neue Perspektive. Und unser Gehirn auch. Beim Abrufen von Erinnerungen als Beobachter zeigt das Gehirn eine stärkere Interaktion zwischen dem vorderen Hippocampus und dem hinteren medialen Netzwerk. Das bedeutet, dass es mehr Interaktionen zwischen den Bereichen des Gehirns gibt, die das Gedächtnis unterstützen.

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Vielleicht noch interessanter ist, dass die Perspektive der dritten Person das Gehirn dazu führt, beim Abrufen der Erinnerung zwei verschiedene Gedächtnisnetzwerke zu aktivieren. Es durch unsere eigenen Augen zu betrachten oder es als Beobachter zu betrachten, führt buchstäblich zu einer anderen Gehirnaktivität. Und das hat interessante Implikationen.

"Eine beobachterähnliche Perspektive einzunehmen bedeutet, die Vergangenheit auf eine neuartige Weise zu betrachten, was eine stärkere Interaktion zwischen Gehirnregionen erfordert, die unsere Fähigkeit unterstützen, sich an die Details einer Erinnerung zu erinnern und mentale Bilder vor unserem geistigen Auge neu zu erstellen", sagte Peggy St Jacques , Assistenzprofessor für Psychologie und Co-Autor des Artikels in einer Pressemitteilung.Eine stärkere Interaktion zwischen Hirnarealen bedeutet typischerweise, dass das Gehirn diese Erinnerungen nicht nur erinnert, sondern auch verarbeitet.


Elektrische Impulse an das Gehirn können das Gedächtnis um bis zu 15 Prozent verbessern, findet eine Studie

Wissenschaftler haben herausgefunden, dass das Senden elektrischer Impulse an das Gehirn das Gedächtnis um bis zu 15 Prozent verbessern kann.

Das Team verwendete eine Technik, die die Gehirnaktivität überwacht, um zu erkennen, wann neue Informationen nicht effektiv gespeichert werden, und sendet einen hilfreichen Zap, der hilft, sie im Gedächtnis zu speichern.

Laut den Autoren der neuen Studie ist es das erste Mal, dass in einer Studie am Menschen konsistente Gedächtnisverbesserungen nachgewiesen wurden.

Es stellt einen frühen Schritt in Richtung Technologien dar, die eines Tages die Gedächtnisfunktion bei Patienten mit Alzheimer-Krankheit oder Schädel-Hirn-Trauma verbessern könnten.

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„Wir sind jetzt in der Lage, zu überwachen, wann das Gehirn vom Kurs abweicht, und die Bewegungsbahn durch Stimulation zu korrigieren“, sagte Michael Sperling, ein klinischer Studienleiter am Thomas Jefferson University Hospital, dessen Patienten an der Studie teilnahmen.

The research was funded by the US Department of Defense as part of its Restoring Active Memory (RAM) project which it hopes will develop implantable technologies to support veterans.

The team, from the University of Pennsylvania, used an AI system which can monitor brain activity and learn to trigger the electrodes when the subject’s memory is predicted to fail.

“Memory failures are frustrating and often the result of ineffective encoding," they wrote in the study, published in the journal Naturkommunikation. “One approach to improving memory outcomes is through direct modulation of brain activity with electrical stimulation.”

Deep brain stimulation has been used in treating conditions like Parkinson’s disease and epilepsy for decades, but it is now being looked at for conditions like Alzheimer’s disease and memory loss.

For the trial, the team recruited 25 epilepsy patients who had already undergone surgery to have electrodes in their brain as part of routine treatment where the disease is not controlled with medication.

They were asked to take a number of word recall tests and their brain activity was monitored in real time, with a computer program tracking how effectively each word had been remembered.

As the program learned to recognise ineffective learning, it would trigger a small electric pulse at these points.

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“Lateral temporal cortex stimulation increased the relative probability of item recall by 15 per cent,” the authors wrote.

Previous work by the group has had problems when using a less targeted “open-loop” system which sees parts of the brain linked to memory given electronic impulses at regular repeating intervals.

“We knew from earlier work that stimulating the brain during periods of good function was likely to make memory worse,” said Professor Michael Kahana, a co-author of this study and principal investigator on the RAM project.

“By developing patient-specific, personalized, machine-learning models we could programme our stimulator to deliver pulses only when memory was predicted to fail, giving this technology the best chance of restoring memory function.”

Independent academics said the findings were “innovative and exciting”.

However they warned that, because this is the first trial to show such an effect it would need to be replicated in more patients, and with diseases like dementia, before conclusions of its effectiveness can be drawn.

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“This is a well-designed study that provides convincing results about the potential to improve memory using invasive brain stimulation and a closed-loop approach,” said Professor Roi Cohen Kadosh, professor of cognitive neuroscience, University of Oxford, who was not associated with the study.

“The results, while exciting, do not at this stage have therapeutic implications and would need to be replicated in clinical populations such as Alzheimer’s disease. Whether this could be found using non-invasive, rather than invasive, brain stimulation techniques is an open question that deserves further research.”

Dr David Reynolds, chief scientific officer, at Alzheimer’s Research UK, said the electrodes here stimulate a different part of the brain than would be targeted in Alzheimer’s patinets.

“Although it’s promising to see tests of this innovative device, which can detect and be trained to recognise areas of brain that may benefit from further stimulation, we cannot yet say whether it will benefit people living with dementia.”


Impaired Recall of Positional Memory following Chemogenetic Disruption of Place Field Stability

The neural network of the temporal lobe is thought to provide a cognitive map of our surroundings. Functional analysis of this network has been hampered by coarse tools that often result in collateral damage to other circuits. We developed a chemogenetic system to temporally control electrical input into the hippocampus. When entorhinal input to the perforant path was acutely silenced, hippocampal firing patterns became destabilized and underwent extensive remapping. We also found that spatial memory acquired prior to neural silencing was impaired by loss of input through the perforant path. Together, our experiments show that manipulation of entorhinal activity destabilizes spatial coding and disrupts spatial memory. Moreover, we introduce a chemogenetic model for non-invasive neuronal silencing that offers multiple advantages over existing strategies in this setting.

Copyright © 2016 The Author(s). Herausgegeben von Elsevier Inc. Alle Rechte vorbehalten.

Figuren

Figure 1. The GlyCl Transgene Vector and…

Figure 1. The GlyCl Transgene Vector and Its Expression in the Nop-tTA Model

Figure 2. Neuronal Silencing with Ivermectin in…

Figure 2. Neuronal Silencing with Ivermectin in Acute Brain Slice Preparations

Figure 3. In Vivo Pharmacokinetics and Pharmacodynamics…

Figure 3. In Vivo Pharmacokinetics and Pharmacodynamics of Ivermectin Silencing

(A and B) Liquid chromatography-tandem…

Figure 4. IVM Silencing Causes Place Field…

Figure 4. IVM Silencing Causes Place Field Instability in Nop-GlyCl Mice

(A) Between-session stability was…

Figure 5. Decreased Specificity of Spatial Tuning…

Figure 5. Decreased Specificity of Spatial Tuning following Entorhinal Silencing in Nop-GlyCl Mice

Figure 6. Neuronal Silencing in Nop-GlyCl Mice…

Figure 6. Neuronal Silencing in Nop-GlyCl Mice Induces Global Remapping of CA1 Place Fields

Figure 7. Neuronal Silencing in Nop-GlyCl Mice…

Figure 7. Neuronal Silencing in Nop-GlyCl Mice Impairs Spatial Recall in the Morris Water Maze


How Amnesia Works

Imagine for a moment what life would be like with a perfect memory. If you could remember each detail of everything taken in by your five senses, the first hour of the day would be mentally overwhelming -- truly too much information. That is why the brain sorts all of that data into your short-term memory or long-term memory or discards it.­

Short-term memory allows us to retain information we need in the moment and then get rid of it. It's the mental equivalent of a takeout box. You use it to temporarily store small amounts of information and toss it afterward. Likewise, the short-term memory holds up to seven pieces of information for about 20 to 30 seconds [source: Canadian Institute of Neurosciences, Mental Health and Addiction]. Langzeitgedächtnis is more like your internal freezer. It can hold information for years, or even a lifetime, but without some use, stuff in there can get "freezer burned."

­­We make and store memories by forging new Neuronale Wege to the brain from things we take in through our five senses. The stimuli that our nerve cells detect, such as hearing a gunshot or tasting a raspberry, are called sensory memories. That sensory information flows along the nerve cells as an electrical impulse. As that impulse reaches the end of a nerve, it activates Neurotransmitter, or chemical messengers. Those neurotransmitters send the message across the spaces between nerve cells called Synapsen and move it along to the Neuronen, or brain cells. If we need to immediately use that sensory information, it moves to the short-term memory, for example, when we hear a phone number and have to remember it to dial.

To turn short-term memories into long-term ones, our brains must encode, or define, the information. Remember that raspberry? Encoding it would likely include cataloging the fruit's size, tartness and color. From there, the brain cells would konsolidieren the information for storage by linking it to related memories. During this process, that neural pathway strengthens because of the brain's plasticity. Plasticity allows the brain to change shape to take in new information and, thus, new pathways.

Langzeitgedächtnis retrieval requires revisiting the nerve pathways the brain formed. The strength of those pathways determines how quickly you recall the memory. To reinforce that initial memory, it must move multiple times across the nerve cells, retracing its steps.

Memory formation largely occurs in the brain's Limbisches System, which regulates learning, memory and emotions. Die Kortex is the temporary storage place of short-term memories and the area where the brain puts the new stimuli into context. Die Hippocampus then interprets the new information, associates it with previous memories and determines whether to encode it as a long-term memory. Next, the hippocampus sends the long-term memories to different areas of the cortex, depending on the type of memory. For instance, the amygdala houses intensely emotional memories. The memories are then stored in the synapses where they can be reactivated later.

Next, we'll see what happens when those neural pathways that make our memories are cut off by a roadblock called amnesia.

Episodic/Explicit — memories based on specific facts and information. When studying for a test, you exercise your explicit memory.

Procedural/Implicit — sensory and motor memories, such as riding a bike or playing a guitar

Semantik — organized and categorized memories. For instance, if asked your favorite band, your semantic memory filters through music-related information to come up with a band name.


Fighting Fear

Take a second to think about what you’re afraid of. It might be spiders. Or the threat of a car crash. It may be as basic as not having enough money to pay your rent next month. For many of us, these fears are tied to memories of past experiences.

When we form episodic memories of things that happened to us, three areas of the brain are engaged: the hippocampus, the neocortex and the amygdala. The hippocampus takes the information from our memories and physically encodes it into the connections between neurons. Later, this data is sometimes transferred to the neocortex — the thin tissue that forms the brain’s outer layer — for long-term storage. But it is the amygdala, an almond-shaped mass of brain matter, that injects our memories with emotions like fear.

“If an experience has a strong emotional component, the amygdala will squirt that into the newly forming memory,” says Burnett. “If someone has an active amygdala, they learn to be scared of things.”

In recent years, scientists have learned a lot about the hardware in our brains that modulates our responses to fearful memories. At the Queensland Brain Institute in Australia, researchers are recording the electrical activity firing between these three brain regions in mice as they are conditioned to fear a particular sensation or noise.

“You take a neutral stimulus, like a tone or a light, and with that you present the animal with an aversive stimulus, like a foot shock or a loud noise,” says neuroscientist Pankah Sah, the institute’s director. “And the animal pretty quickly learns that this innocuous stimulus is going to predict this aversive one. Then it forms the memory of it.

“If you do that in rats three or four times today, and come back a year later and present the same tone, that animal remembers that the tone was scary and responds appropriately,” he adds. “You can do the same thing in people.”

That conditioning can be exploited for good, too. If the mouse repeatedly hears that same tone again, but without the shock, then the noise will stop causing the animal to freeze in fear. Eventually, through a process called extinction learning, the pain of the memory fades away. This process is key to behavioral therapies for patients with conditions like PTSD . But despite the effectiveness of these techniques, extinction training doesn’t erase traumatic memories — it just saps some of their strength. If something reminds someone of the original traumatic memory in a new context, even after extinction, it can solidify again, re-forming the link between the trigger and the response. “People who are injecting heroin can learn to not do it,” says Sah. “But when the context changes, or something happens in the environment and it’s not a place where it’s safe anymore, all those memories come back.”

Sah thinks that a sharper understanding of why some traumatic memories return after therapy may lead to better treatments for disorders such as PTSD and addiction. In a 2018 Nature Neuroscience study, Sah and his colleagues used optogenetics in rats to identify the circuitry in the brain that controls the return of traumatic memories . By understanding those mechanisms, says Sah, it might be possible to develop new drugs to prevent relapses. “What we’re looking for is a more specific [chemical] compound,” he continues. “That’s how you go about really treating these disorders: understanding the circuits that underpin [them] and the receptors that are involved.”

And thanks to a tidal wave of new tech, Sah says these advances might someday help scientists treat memory disorders the same way that we use drugs to control heart disease. “The whole study of the brain is really undergoing a revolution right now,” he adds. “It’s really a great time to be in neuroscience.”