Eine Mausstudie, die Aufschluss über den Gedächtnisverlust bei Menschen geben soll, die wiederholten Kopfstößen ausgesetzt sind, beispielsweise Sportlern, legt nahe, dass sich der Zustand möglicherweise umkehren könnte. Die Forschung an Mäusen ergab, dass Amnesie und Gedächtnisschwäche nach einer Kopfverletzung auf eine unzureichende Reaktivierung von Neuronen zurückzuführen sind, die an der Bildung von Erinnerungen beteiligt sind.
Über die Studie, die von Forschern des Georgetown University Medical Center in Zusammenarbeit mit dem Trinity College Dublin, Irland, durchgeführt wurde, wurde am 16. Januar 2024 in der veröffentlicht Zeitschrift für Neurowissenschaften.
Wichtig für Diagnose- und Behandlungszwecke war, dass die Forscher herausfanden, dass der auf eine Kopfverletzung zurückzuführende Gedächtnisverlust kein dauerhaftes pathologisches Ereignis war, das durch eine neurodegenerative Erkrankung verursacht wurde. Tatsächlich konnten die Forscher die Amnesie umkehren, um es den Mäusen zu ermöglichen, sich an das verlorene Gedächtnis zu erinnern, was möglicherweise eine klinische Umkehrung der durch den Kopfaufprall verursachten kognitiven Beeinträchtigung ermöglichen würde.
Die Forscher aus Georgetown hatten zuvor herausgefunden, dass sich das Gehirn an wiederholte Kopfstöße anpasst, indem es die Funktionsweise der Synapsen im Gehirn verändert. Dies kann zu Problemen beim Bilden neuer Erinnerungen und beim Erinnern an bestehende Erinnerungen führen. In ihrer neuen Studie gelang es den Forschern, Mäuse dazu zu bringen, sich an Erinnerungen zu erinnern, die durch Kopfstöße vergessen worden waren.
„Unsere Forschung gibt uns Hoffnung, dass wir Behandlungen entwickeln können, um das Gehirn bei einem Kopfaufprall wieder in seinen normalen Zustand zu versetzen und die kognitiven Funktionen bei Menschen wiederherzustellen, die durch wiederholte Kopfstöße ein schlechtes Gedächtnis haben“, sagt der leitende Forscher der Studie, Mark Burns, PhD. Professor und stellvertretender Vorsitzender der Abteilung für Neurowissenschaften in Georgetown und Direktor des Labors für Hirnverletzungen und Demenz.
In der neuen Studie gaben die Wissenschaftler zwei Gruppen von Mäusen ein neues Gedächtnis, indem sie sie in einem Test trainierten, den sie noch nie zuvor gesehen hatten. Eine Gruppe war eine Woche lang einer hohen Häufigkeit leichter Stöße auf den Kopf ausgesetzt (ähnlich wie bei Menschen, die Kontaktsport betreiben), und eine Gruppe bestand aus Kontrollpersonen, die die Stöße nicht abbekamen. Die betroffenen Mäuse waren eine Woche später nicht mehr in der Lage, sich an die neue Erinnerung zu erinnern.
„Die meiste Forschung in diesem Bereich wurde an menschlichen Gehirnen mit chronischer traumatischer Enzephalopathie (CTE) durchgeführt, einer degenerativen Gehirnerkrankung, die bei Menschen mit wiederholten Kopfstößen in der Vorgeschichte auftritt“, sagte Burns. „Im Gegensatz dazu war es unser Ziel zu verstehen, wie sich das Gehirn als Reaktion auf leichte Kopfstöße verändert, die viele junge Fußballspieler regelmäßig erleiden.“
Forscher haben herausgefunden, dass College-Footballspieler im Durchschnitt 21 Kopfstöße pro Woche abbekommen, während Defensive Ends 41 Kopfstöße pro Woche erleiden. Die Anzahl der Kopfstöße auf Mäuse in dieser Studie war so ausgelegt, dass sie einer einwöchigen Exposition eines College-Football-Spielers nachempfunden waren, und jeder einzelne Kopfaufprall war für sich genommen außerordentlich mild.
Mithilfe genetisch veränderter Mäuse konnten die Forscher die Neuronen sehen, die am Lernen neuer Erinnerungen beteiligt sind, und sie fanden heraus, dass diese Gedächtnisneuronen (das „Gedächtnis-Engramm“) sowohl bei den Kontrollmäusen als auch bei den Versuchsmäusen gleichermaßen vorhanden waren.
Um die diesen Gedächtnisveränderungen zugrunde liegende Physiologie zu verstehen, sagte der Erstautor der Studie, Daniel P. Chapman, Ph.D.: „Wir sind gut darin, Erinnerungen mit Orten zu verknüpfen, und das liegt daran, dass wir uns an einem Ort befinden oder ein Foto von einem sehen.“ Ort, führt zu einer Reaktivierung unserer Gedächtnis-Engramme. Aus diesem Grund haben wir die Engramm-Neuronen untersucht, um nach der spezifischen Signatur eines aktivierten Neurons zu suchen. Wenn die Mäuse den Raum sehen, in dem sie das Gedächtnis zum ersten Mal gelernt haben, können die Kontrollmäuse sie aktivieren Gedächtnis-Engramm, die Mäuse mit dem Kopfaufprall jedoch nicht. Das war es, was die Amnesie verursachte.“
Den Forschern gelang es, die Amnesie umzukehren, sodass sich die Mäuse mithilfe von Lasern an die verlorene Erinnerung erinnern konnten, um die Engrammzellen zu aktivieren. „Wir haben eine invasive Technik verwendet, um den Gedächtnisverlust bei unseren Mäusen umzukehren, und leider ist dies nicht auf den Menschen übertragbar“, fügt Burns hinzu. „Wir untersuchen derzeit eine Reihe nicht-invasiver Techniken, um dem Gehirn mitzuteilen, dass keine Gefahr mehr besteht, und um ein Fenster der Plastizität zu öffnen, das das Gehirn in seinen früheren Zustand zurückversetzen kann.“
Zu den Autoren zählen neben Burns und Chapman auch Stefano Vicini von der Georgetown University sowie Sarah D. Power und Tomás J. Ryan vom Trinity College Dublin, Irland.
Diese Arbeit wurde vom Mouse Behavior Core in der Abteilung für Neurowissenschaften der Georgetown University und von den National Institutes of Health (NIH) / National Institute of Neurological Disorders and Stroke (NINDS) mit den Zuschüssen R01NS107370 und R01NS121316 unterstützt. NINDS unterstützte außerdem F30 NS122281 und den Neural Injury and Plasticity Training Grant, der im Center for Neural Injury and Recovery der Georgetown University (T32NS041218) untergebracht ist. Die Anschubfinanzierung erfolgt durch den CTE Research Fund in Georgetown.
Die Autoren geben an, keine persönlichen finanziellen Interessen im Zusammenhang mit der Studie zu haben.
