Dr. Simon Wiegert – Die Speicherung von Gedächtnisspuren in synaptischen Netzwerken

Die Funktionsweise des Gehirns wird oftmals mit der eines leistungsfähigen Computers verglichen. Obwohl das Gehirn tatsächlich so etwas wie einen Arbeits- und Langzeitspeicher besitzt und bei einer bestimmten Taktfrequenz arbeitet, hat es dem Computer gegenüber doch einige erhebliche Vorteile.

Dr. Simon Wiegert – Die Speicherung von Gedächtnisspuren in synaptischen Netzwerken

Die Funktionsweise des Gehirns wird oftmals mit der eines leistungsfähigen Computers verglichen. Obwohl das Gehirn tatsächlich so etwas wie einen Arbeits- und Langzeitspeicher besitzt und bei einer bestimmten Taktfrequenz arbeitet, hat es dem Computer gegenüber doch einige erhebliche Vorteile. So sind die Grundelemente des Gehirns – die Nervenzellen – dreidimensional tausendfach untereinander vernetzt, was eine parallele und hochdimensionale Informationsverarbeitung erlaubt. Außerdem arbeiten die synaptischen Verbindungen zwischen den Nervenzellen, anders als Transistoren im Computer, gleichzeitig analog und digital. Somit können an diesen Schaltstellen deutlich komplexere Informationen verarbeitet werden. Es ist allerdings bisher völlig unbekannt, wie das Gehirn seine hochspezialisierte Hardware verwendet, um Erinnerungen verlässlich über lange Zeiträume zu speichern und gleichzeitig flexibel auf neue Umwelteinflüsse zu reagieren.

Ein Ziel des Teams um Dr. Simon Wiegert, Leiter der Forschungsgruppe für Synaptische Informationsverarbeitung des Universitätsklinikums Hamburg-Eppendorf (UKE), ist es zu erforschen, ob Erinnerungen tatsächlich in den synaptischen Verbindungen zwischen Nervenzellen gespeichert werden können. Es ist bereits bekannt, dass die Aktivierung bestimmter Nervenzellen ausreicht, um Gedächtnisinhalte hervorzuholen. Ob die Informationen jedoch in den Nervenzellen selbst oder in den synaptischen Verbindungen zwischen ihnen gespeichert sind, ist nicht bekannt. Dazu muss zunächst besser verstanden werden, wie Informationen generell über lange Zeit an synaptischen Verbindungen gespeichert werden. 

Dieser Frage wird mit Langzeitbeobachtungen und funktionellen Messungen einzelner Synapsen nachgegangen. Durch Einsatz neuester optischer Methoden werden Synapsen sichtbar gemacht, die während eines Lernprozesses aktiv waren. Dadurch können diese Synapsen mit einer bestimmten Erinnerung in Verbindung gebracht und über die Zeit verfolgt werden. Gleichzeitig entwickelt die Gruppe um Dr. Wiegert neue molekulare Werkzeuge, um Nervenzellen und Synapsen gezielt mit hoher zeitlicher Präzision auszuschalten. Durch Manipulation der Erinnerung oder der ihr zugehörigen Synapsen soll schließlich ermittelt werden, inwieweit Erinnerungen an synaptischen Verbindungen gespeichert werden können. 

Dr. Simon Wiegert studierte Biologie an der Universität Heidelberg, wo er auch promovierte. Unterstützt durch ein Marie-Curie Stipendium der EU forschte er von 2009 bis 2012 am Friedrich Miescher Institut in Basel. Seit 2012 arbeitet er als Wissenschaftler am Zentrum für Molekulare Neurobiologie (ZMNH) des Universitätsklinikums Hamburg-Eppendorf und leitet dort seit 2017 die Forschungsgruppe für Synaptische Informationsverarbeitung.