Menschen mit Epilepsie haben oft kognitive Probleme. Unter anderem fällt es ihnen schwer, zwischen Wissen und Nichtwissen zu unterscheiden. Mithilfe von Untersuchungen an Mäusen haben Forscher nun aufgezeigt, welche Wege dahinter stecken könnten. Dementsprechend werden bei Epilepsie einige Zellen im Gehirn sehr leicht erregt, so dass sie unspezifisch auf Bekanntes und Unbekanntes reagieren. Im Mausmodell konnten die Forscher die Symptome mit Medikamenten lindern. Die Forschung kann auch neue Behandlungen für Patienten bereitstellen.
Jeder Ort, den wir besuchen, hat eine einzigartige Kombination von Merkmalen, die uns helfen, ihn bei einem erneuten Besuch wiederzuerkennen. Der Apfel vor dem Haus, die Klinkerfassade, der rot gestrichene Zaun – unser Gehirn speichert all diese Dinge und verbindet sich mit diesem Ort. Bei Menschen mit Epilepsie ist diese Art von Gedächtnis jedoch gestört. Neben anderen verschiedenen kognitiven Problemen haben sie Schwierigkeiten, sich daran zu erinnern, ob sie einen Ort oder ein Objekt schon einmal gesehen haben. Während Wissenschaftler glauben, dass sowohl Veränderungen im Gehirn als auch die epileptischen Anfälle selbst eine Rolle beim Gedächtnisverlust spielen, wurden die genauen Mechanismen nicht untersucht.
Wie man sich an Orte erinnert
Ein Team um Nicola Masala von der Universität Bonn hat nun untersucht, wie die Verarbeitung von Reizen und Erinnerungen im Gehirn von epilepsieverursachenden Mäusen funktioniert. Sie konzentrierten sich auf den Hippocampus, eine Region im Gehirn, die eine zentrale Rolle für das Gedächtnis spielt, einschließlich der räumlichen Verarbeitung. „Im Hippocampus gibt es sogenannte Ortszellen“, erklärt Masala. “Diese Dinge helfen uns, uns an die Orte zu erinnern, die wir besucht haben.” Diese Zellen sind Orte, an denen die spezifischen Eigenschaften eines besuchten Ortes gespeichert sind. Wenn es durch denselben Reiz erneut aktiviert wird, erinnert es daran, diesen Ort schon einmal gesehen zu haben.
Jede Zelle hat eine große Anzahl langer Fortsätze, die Dendriten. Über viele Kontaktstellen, sogenannte Synapsen, an diesen Dendriten sammeln diese Gehirnzellen Informationen, die in Form von elektrischen Signalen gesendet werden. Bei genügend Energie öffnen sich die Ionenkanäle, um in die Zelle einzuströmen. Die Information basiert auf der Verwendung eines Prozesses, der dendritische Integration genannt wird: Nur wenn eine ausreichende Anzahl von Signalen gleichzeitig empfangen wird, kann ein starker Impuls in den Dendriten integriert werden – ein sogenannter dendritischer Spike. Eine gesunde Gehirnaktivierung findet bildlich gesprochen nur dann statt, wenn die Informationen für Apfel, Mauer und roten Zaun gleichzeitig vorliegen.
geistig behinderte Mäuse
„Allerdings ist dieser Prozess bei Mäusen mit Epilepsie gestört“, sagt Masalas Freund Heinz Beck. „Bei ihnen ist die Injektion bereits erfolgt, wenn nur wenige Synapsen stimuliert werden. Die Stimulation muss nicht gleichzeitig erfolgen.“ In der Studie der Forscher konnten die an Epilepsie erkrankten Mäuse nicht feststellen, ob sie zuerst einen Ort oder ein Objekt sahen.
Dies zeigte sich unter anderem in einem Versuch, bei dem sich die Tiere daran gewöhnten, dass es in einem Haus zwei blaue Deckel gibt. Nach einigen Tagen wurde einer der Deckel gegen eine durchsichtige Petrischale gleicher Größe ausgetauscht. Um zu sehen, ob die Ratten wussten, dass die Petrischale neu war, maßen Masala und seine Kollegen, wie lange die Ratten den vertrauten blauen Deckel und die unbekannte Petrischale rochen. Das Ergebnis: Während Mäuse aus der Kontrollgruppe die Petrischale länger erkundeten als den blauen Deckel, hatten die epileptischen Mäuse keinen Anhaltspunkt zwischen beiden. Auch in einem ähnlichen Experiment an einem Auto zeigten sie keine Anzeichen dafür, vertraute Orte wiederzuerkennen.
Drogenzugang
Um herauszufinden warum, überwachten die Forscher die Aktivierung von Nervenzellen im Gehirn von Mäusen anhand von Stresssignalen. Nach den Experimenten wurden die Tiere auch seziert und ihre Gehirne analysiert. Masala und seine Kollegen fanden heraus, dass eine Art Natriumionenkanal, der im Gehirn von Epilepsie-Mäusen vorhanden war, größer als normal war. „Dadurch reichen schon wenige negative Impulse an den Synapsen aus, um viele Kanäle zu öffnen und eine Steigerung zu bewirken“, sagt Masalas Freund Tony Kelly.
An einer Gruppe von Epilepsie-Mäusen haben Forscher bereits untersucht, wie man psychische Störungen mit Medikamenten behandeln kann. Dazu gaben sie den Tieren einen Hemmstoff, der gezielt den betroffenen Kanaltyp blockierte. „Dadurch normalisiert sich bei ihnen das Feuerverhalten von Dendriten. Außerdem können sie sich besser an besuchte Orte erinnern”, berichtet Masala. Da es bei Epilepsiepatienten eine Rolle spielt, könnten die Erkenntnisse langfristig helfen, sich zu entwickeln Medikamente zur Verbesserung des Gedächtnisses der Betroffenen.
Quelle: Nicole Masala (Universität Bonn) et al., Brain, doi: 10.1093/brain/awac455
