Wo entstehen Erinnerungen und wie können wir sie erkennen?

Ohne Erinnerungen wären wir verloren. Sie sind die Fäden, die unser Leben zusammenhalten und uns mit dem verbinden, was wir waren und was wir sind.

Aber erst vor kurzem haben wir die außergewöhnliche Hirnforschung, die dahinter steckt, erforscht – eine Geschichte, die Amnesiekranke, Gedankenpaläste und geisterhafte Jahrmärkte einbezieht.

Eine der ersten Analogien zum Verständnis des Gedächtnisses stammt aus dem antiken Griechenland, wo Platon Erinnerungen mit Radierungen auf einer Wachstafel verglich und sein Lieblingsschüler Aristoteles dies in seinen eigenen Schriften weiterverwendete.

Vergessenheit, sagte Aristoteles, tritt in der Kindheit auf, weil das Wachs zu weich ist, und im Alter, weil es zu hart ist.

Für ihn befanden sich Erinnerungen nicht im Gehirn, sondern im ganzen Körper. Er war der Meinung, dass das Gehirn lediglich dazu dient, das heiße Herz – den Sitz der Seele – zu kühlen.

Die Tendenz, das Herz dem Gehirn vorzuziehen, hielt jahrhundertelang an – zum Teil wegen des Verbots der Kirche, das menschliche Gehirn zu sezieren. Erst im 17. Jahrhundert begann man zu erkennen, dass das Gehirn überhaupt eine Denkfähigkeit besitzt.

Es war der deutsche Philosoph Hermann Ebbinghaus, der im späten 19. Jahrhundert die erste wissenschaftliche Studie über das Gedächtnis anstellte. Er interessierte sich weniger dafür, wo das Gedächtnis im Gehirn sitzt, als vielmehr dafür, wie das Gedächtnis funktioniert.

In seinen berühmtesten Experimenten erstellte Ebbinghaus eine Liste mit mehr als 2.000 unsinnigen Wörtern wie „kaf“ oder „nid“, die er sich einprägte und dann im Laufe der Zeit abzurufen versuchte. Er entdeckte, dass wir dazu neigen, exponentiell zu vergessen – das heißt, dass wir kurz nach dem Lernen viel vergessen und dann mit der Zeit immer langsamer vergessen.

Er klassifizierte in der Psychologie auch drei Arten von Gedächtnis: sensorisches Gedächtnis, Kurzzeitgedächtnis und Langzeitgedächtnis – Bezeichnungen, die auch heute noch verwendet werden.

Das sensorische Gedächtnis ist die erste Art von Gedächtnis, die in unser Gehirn eindringt: Es dauert nur den Bruchteil einer Sekunde. Die Berührung der Kleidung auf der Haut, der Geruch eines Lagerfeuers. Wenn wir uns nicht um diese Erinnerung kümmern, verschwindet sie für immer. Aber wenn wir darüber nachdenken, schieben wir sie in unser Kurzzeitgedächtnis.

Wir nutzen das ständig, ohne es zu merken. Sie können zum Beispiel nur verstehen, was am Ende dieses Satzes passiert, weil Sie sich daran erinnern, was am Anfang passiert ist.

Unser Kurzzeitgedächtnis hat angeblich eine Kapazität für etwa sieben Dinge, die wir etwa 15 bis 30 Sekunden lang im Gedächtnis behalten können. Das Üben dieser Elemente wäre eine Möglichkeit, sie in das Langzeitgedächtnis zu übertragen – unser scheinbar grenzenloses Lagerhaus, in dem Erinnerungen langfristig gespeichert werden können.

Theorien des Geistes

In den folgenden Jahrzehnten trugen andere dazu bei, unser Verständnis des Gedächtnisses zu verbessern. Einer der einflussreichsten war der britische Psychologe Frederic Bartlett.

Im Jahr 1914 führte er eine Reihe von Experimenten durch, bei denen er Studenten bat, eine Geschichte zu lesen und sie aus dem Gedächtnis zu wiederholen.

Indem er analysierte, wie sich die Geschichte im Laufe von Tagen, Monaten und Jahren veränderte, stellte er die (inzwischen bewährte) Theorie auf, dass Erinnerungen unvollkommene Rekonstruktionen von Ereignissen sind. Er sagte, dass wir uns tatsächlich nur an einen kleinen Teil der ursprünglichen Beobachtung erinnern und die Lücken mit kulturellen Referenzen und persönlichem Wissen füllen.

Aber trotz der wachsenden Erkenntnis, wie das menschliche Gedächtnis funktioniert, blieben viele Fragen offen. Wo werden Erinnerungen gespeichert? Wie sieht ein Gedächtnis aus? Diese Fragen versuchte der amerikanische Psychologe Karl Lashley sein ganzes Berufsleben lang zu beantworten.

In seinen wichtigsten Experimenten suchte er nach Gedächtnisspuren in bestimmten Bereichen der Großhirnrinde von Ratten – der gefalteten, äußeren Schicht des Gehirns, die eine Rolle bei der Kognition, der Sinneswahrnehmung, der Entscheidungsfindung und einer ganzen Reihe anderer Schlüsselfunktionen spielt.

Ab 1935 schädigte er systematisch bestimmte Bereiche der Großhirnrinde, bevor oder nachdem eine Ratte darauf trainiert wurde, den Weg aus einem Labyrinth zu finden. Aber egal, welcher Teil des Gehirns entfernt wurde, die Ratten erinnerten sich weiterhin besser daran, wie sie aus dem Labyrinth herauskamen, als Ratten, die gar nicht erst trainiert worden waren.

Lashley schloss daraus, dass unsere Fähigkeit zu lernen und sich zu erinnern über viele Teile des Gehirns verteilt sein muss, anstatt in einer einzigen Region zu liegen.

Ein bestimmter Patient erwies sich als Schlüssel zu dieser Idee: ein junger Mann namens Henry Molaison.

Nachdem er fast sein ganzes Leben lang unter schweren epileptischen Anfällen gelitten hatte, willigte Molaison in eine drastische experimentelle Behandlung ein. 1953 bohrten Chirurgen Löcher in sein Gehirn und saugten die Bereiche heraus, die für die Anfälle verantwortlich waren – eine seepferdchenförmige Region auf beiden Seiten des Gehirns namens Hippocampus

Die Operation war insofern ein Erfolg, als sie seine Anfälle weitgehend beendete, aber Molaison blieb mit einer tiefgreifenden Amnesie zurück, unfähig, neue Langzeitgedächtnisse zu entwickeln.

Molaison konnte sich jedoch bis einige Jahre vor der Operation an einen Großteil seiner Vergangenheit erinnern. Später wurde entdeckt, dass er auch prozedurale Erinnerungen bilden konnte, eine Art von Langzeitgedächtnis, das dafür verantwortlich ist, wie man etwas tut, z. B. Fahrrad fahren.

Molaisons Gedächtnisprobleme bewiesen, dass der Hippocampus für die Bildung der meisten neuen Erinnerungen entscheidend war, dass die Erinnerungen selbst aber an anderer Stelle im Gehirn gespeichert wurden.

Forscher, darunter die Neurowissenschaftlerin Prof. Suzanne Corkin, untersuchten Molaison in den folgenden 46 Jahren regelmäßig – obwohl für Molaison jeder Tag, an dem sie miteinander sprachen, wie der erste war. „Es ist schon komisch“, sagte Molaison zu Corkin. „Man lebt und lernt einfach. Ich lebe und du lernst.“

Obwohl Molaison maßgeblich dazu beitrug, die Forschergemeinschaft davon zu überzeugen, dass das Gedächtnis nicht nur für eine einzige Gehirnregion zuständig ist, konnte er die Frage, wie ein Gedächtnis gebildet wird, nicht beantworten.

Neuronen, die zusammen feuern, sind miteinander verdrahtet

Bereits 1906 hatten Camillo Golgi und Santiago Ramón y Cajal gemeinsam den Nobelpreis für Fortschritte in der Zellfärbetechnik erhalten, mit denen sie die Anatomie eines Neurons nachweisen konnten.

Dank ihrer Arbeit wussten die Wissenschaftler, dass es im Gehirn Millionen von Neuronen gibt, die sich gegenseitig Nachrichten in Form von elektrischen Impulsen übermitteln. Wenn ein Impuls das Ende eines Neurons erreicht, bewirkt er die Freisetzung von chemischen Botenstoffen, den so genannten Neurotransmittern, die über die Lücke, die Synapse, an ein benachbartes Neuron weitergeleitet werden.

Dadurch wird es für das zweite Neuron mehr oder weniger wahrscheinlich, dass es seinen eigenen Impuls abgibt. Aber wie diese Neuronen das Langzeitgedächtnis bilden, war immer noch ein Rätsel

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Das blieb so bis 1949, als Donald Hebb eine der einflussreichsten Theorien der Neurowissenschaften des letzten Jahrhunderts veröffentlichte. Er schrieb, dass zwei Gehirnzellen, die wiederholt zur gleichen Zeit aktiv sind, dazu neigen, „assoziiert“ zu werden.

Ihre Anatomie und Physiologie verändern sich, so dass sie neue Verbindungen bilden oder bestehende verstärken. Die Aktivität des einen wird dann die Aktivität des anderen fördern. Dies wird oft als „Neuronen, die zusammen feuern, verdrahten sich miteinander“

Einfach ausgedrückt: Wenn zwei Konzepte, z. B. der Geruch einer Rose und ihr Name, wiederholt die entsprechenden Neuronen im Gehirn zur gleichen Zeit stimulieren, werden diese Neuronen ihre Form verändern und die Verbindung stärken.

Neuronen, die mit dem Geruch einer Rose assoziiert sind, werden nun eher Neuronen stimulieren, die für ihren Namen verantwortlich sind

Dies, so Hebb, ist der Prozess, der der Speicherung von Langzeitgedächtnissen zugrunde liegt. Solche Erinnerungen bleiben bestehen, weil sie nun ein einzigartiger Teil der neuronalen Architektur sind. Je öfter sie abgerufen werden, desto stärker und dauerhafter wird die Erinnerung.

Etwa zur gleichen Zeit demonstrierte der kanadische Chirurg Wilder Penfield, wie die Stimulation von Teilen des Kortex eine Erinnerung hervorrufen kann.

Er operierte Menschen mit Epilepsie, die während der Operation wach waren. Während er eine Frau operierte, stimulierte er einen Bereich im Kortex, der dem Hippocampus überlagert war.

Seine Patientin sprach: „Ich glaube, ich höre irgendwo eine Mutter, die ihren kleinen Jungen ruft, es scheint etwas zu sein, das vor Jahren in der Nachbarschaft, in der ich wohne, passiert ist.“

Penfield stimulierte die Stelle erneut, und wieder rief die Stimme der Mutter. Er bewegte den Stimulus ein wenig nach links, und plötzlich hörte die Frau weitere Stimmen. Es war spät in der Nacht, sagte sie, und sie kamen von einem Jahrmarkt.

„Da sind viele große Wagen, mit denen sie die Tiere reinholen“.

Die winzigen Stöße der Aktivität, die Penfield anbrachte, schienen längst vergessene Erinnerungen wachzurufen – als würde man in ein staubiges Album greifen und wahllos ein Foto herauspicken.

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Das Abrufen von Erinnerungen ist ein mysteriöser Prozess, der noch immer nicht vollständig verstanden wird. Dank Prof. Elizabeth Loftus, damals an der Universität von Washington, wissen wir jedoch, dass unsere Erinnerung nicht immer korrekt ist.

In den 1990er Jahren zeigte sie, dass falsche Erinnerungen in das Gedächtnis von Menschen eingepflanzt werden können. Sie überzeugte Menschen von vorgetäuschten Erstickungen, Beinahe-Ertrinkungen und sogar dämonischer Besessenheit. Sie zeigte, dass Müdigkeit, Drogen und ein niedriger IQ einen Einfluss darauf haben können, wie wahrscheinlich es ist, dass jemand falsche Erinnerungen bildet.

Ihre Arbeit enthüllte etwas ganz Außergewöhnliches: dass unsere Erinnerungen, wenn sie einmal gebildet sind, nicht fixiert sind. Jedes Mal, wenn wir eine Erinnerung abrufen, verstärken wir die neuronalen Bahnen, die sie hervorgebracht haben, und festigen und konsolidieren so die Erinnerung, so dass sie sich dauerhaft in unserem Gedächtnis festsetzt.

Aber für eine kurze Zeit während dieses Abrufprozesses wird unser Gedächtnis formbar – wir sind in der Lage, es umzugestalten und manchmal auch zu verunreinigen.

Der Hippocampus: wo Erinnerungen gebildet werden

Mit den fortschreitenden bildgebenden Verfahren hat sich die Forschung erneut darauf konzentriert, genau zu bestimmen, wo im Gehirn Erinnerungen gespeichert werden. Wir wissen jetzt, dass der Hippocampus in Aktion tritt, um verschiedene Aspekte eines einzelnen Gedächtnisses zusammenzukleben.

Wenn Menschen versuchen, neue Assoziationen zu lernen und sie später wieder abzurufen, sind diejenigen, deren Hippocampus beim Lernen der Assoziationen die meiste Aktivität entwickelt hat, am besten in der Lage, sie in der Zukunft abzurufen.

Es ist, als ob sie sie von vornherein besser zusammengeklebt hätten.

Durch das Zusammensetzen aller Puzzleteile glaubten die Forscher, eine ziemlich gute Theorie des Gedächtnisses zu haben: Sie vermuteten, dass alle eingehenden Informationen kurz im Kortex verarbeitet werden, bevor sie im Hippocampus zusammenlaufen.

Der Hippocampus sortiert die neuen Informationen, entscheidet, wie „wichtig“ sie sind (d. h., ob es sich lohnt, sich an sie zu erinnern), und kodiert sie dann gegebenenfalls im Gehirn, indem er neue Synapsen bildet.

Mit der Zeit wandern die Neuronen, die diese Erinnerung repräsentieren, in den Kortex, wo sie langfristig gespeichert werden, wobei ihre Verbindungen jedes Mal verstärkt werden, wenn wir auf die Erinnerung zugreifen.

Fortgeschrittene Methoden zur Aufzeichnung und Manipulation der Hirnaktivität haben diese Theorie jedoch kürzlich auf den Kopf gestellt.

Im Jahr 2017 haben Forscher des Massachusetts Institute of Technology unter der Leitung von Takashi Kitamura gezeigt, dass Kurz- und Langzeiterinnerungen tatsächlich gleichzeitig gebildet werden.

Kitamuras Team verwendete neue Techniken, die Optogenetik, eine Methode zum Ein- und Ausschalten von Zellen mit Hilfe von Licht, sowie die Markierung einzelner Gedächtniszellen umfassen. Das Team trainierte Mäuse, sich vor einer bestimmten Kammer zu fürchten, indem es ihnen beim Betreten der Kammer einen kleinen elektrischen Schock verabreichte.

Unmittelbar nach dem Training konnten die Forscher sehen, wie sich Erinnerungen an den Schock sowohl im Hippocampus als auch im präfrontalen Kortex, einem Bereich direkt hinter der Stirn, bildeten.

Die Gedächtniszellen im präfrontalen Kortex blieben jedoch stumm. Eine Spur des Gedächtnisses war jedoch definitiv vorhanden – wenn das Team diese Zellen künstlich stimulierte, erstarrte die Maus, genau wie wenn die Gedächtniszellen im Hippocampus aktiv waren und die Maus auf natürliche Weise mit der Kammer in Berührung kam.

Anstatt dass das Gedächtnis allmählich vom Hippocampus zum Kortex wanderte, schien es bereits dort zu sein. Im Laufe von zwei Wochen veränderten die Kortex-Gedächtniszellen ihre Form und Aktivität und wurden schließlich selbst aktiv, wenn die Mäuse auf die Kammer trafen, woraufhin die Hippocampus-Gedächtniszellen verstummten.

Solch ausgefeilte Methoden zur Analyse des menschlichen Gehirns werden uns auch weiterhin helfen, das gesunde Gedächtnis zu verstehen, aber auch, was passiert, wenn es durch eine Krankheit geschädigt wird.

Alzheimer ist nach wie vor die häufigste Ursache für Demenz und betrifft mehr als eine halbe Million Menschen in Großbritannien. Die Krankheit zerstört die lebenswichtigen Verbindungen zwischen den Neuronen, was zu Gedächtnisverlust und Verwirrung führt. Trotz aller Bemühungen gibt es immer noch keine Heilung.

Es gibt jedoch Möglichkeiten, das Gedächtnis zu verbessern. Forschungen von Prof. Eleanor Maguire am University College London haben gezeigt, dass sich die Gehirne der weltbesten Gedächtniskünstler anatomisch nicht von denen anderer Menschen unterscheiden: Die Gedächtnis-Champions nutzen einfach eine uralte Technik, die so genannte „Loci-Methode“.

Um sich eine große Anzahl von Gegenständen zu merken, platzieren Sie diese in einem „Gedankenpalast“. Dies kann ein beliebiger Ort sein, den du gut kennst. Um sich die Gegenstände wieder ins Gedächtnis zu rufen, gehen Sie einfach den Weg zurück und nehmen sie in die Hand.

Dies ist ein Trick, der es Ihnen erleichtert, sich später an alles zu erinnern. Probieren Sie es selbst aus: Es stellt sich heraus, dass jeder ein Super-Gedächtniskünstler sein kann.

• Dieser Artikel erschien zuerst in Ausgabe 314 des BBC Focus Magazins