Hippocampus

Der Hippocampus ist eine Struktur in Form eines Seepferdchens tief innen im Temporallappen des Gehirns und gehört zum limbischen System und ist am Speichern und am Abrufen von Erinnerungen beteiligt. Der Hippocampus ist auch eine Schaltzentrale bei der Verarbeitung von Sinneseindrücken und ermöglicht, dass Wahrnehmungen als Erinnerungen abgespeichert werden können.

Der Hippocampus wird auch als Tor zum Gedächtnis bezeichnet und bildet als einziger Ort im Gehirn im Laufe des Lebens neue Nervenzellen. Wie viele es sind und ob sie dauerhaft bestehen bleiben, hängt nach Vermutungen unter anderem auch von körperlicher und geistiger Aktivität ab. Im Schlaf erfolgt ein Informationstransfer zwischen dem Hippocampus und dem Cortex, aber ob im Hippocampus überhaupt etwas gespeichert wird, ist nach wie vor unbewiesen.

Im Hippocampus ist übrigens auch eine Vielzahl unterschiedlicher Arten hemmender Zellen vertreten, von denen bislang nur bekannt war, dass sie sich in Bau und Funktion stark voneinander unterscheiden. Allerdings hatte man bisher angenommen, dass ihr Einfluss auf die Vorgänge im Hippocampus nur gering ist, doch nach neueren Untersuchungen spielen Nervenzellen, die andere Zellen in ihrer Aktivität hemmen, aber eine größere und komplexere Rolle als bisher angenommen. In einer Studie an Ratten und Mäusen untersuchten Savanthrapadian et al. (2014), wie sich im Hippocampus Interneurone vernetzen und wie sich ihre Funktion auf das gesamte neuronale Netzwerk auswirkt. Interneurone regen andere Nervenzellen nicht dazu an, selbst aktiv zu werden, sondern hemmen sie vor allem, wobei diese Unterdrückung von Aktivität überall im Gehirn eine wichtige Rolle dabei spielt, damit überhaupt Informationen verarbeitet werden können, denn ohne Hemmung wären alle Nervenzellen gleichzeitig aktiv und das Gehirn wäre lahmgelegt. Es zeigte sich in den Untersuchungen, dass diese hemmenden Zellen stark in die Aktivität und den zeitlichen Ablauf von Erregungsmustern des Hippocampus eingreifen, wobei die hemmende Wirkung äußerst flexibel und vielseitig ist, wodurch die Fähigkeit zur Informationsverarbeitung im Hippocampus deutlich größer ist als bisher vermutet.

Man weiß übrigens erst seit den 1950er-Jahren das vorigen Jahrhunderts, dass der Hippocampus zentral für das Speichern neuer Inhalte ist. Damals hatte die britische Psychologin Brenda Milner den Fall des Patienten „HM“ beschrieben, der mit zwanzig Jahren wegen epileptischer Anfälle der Hippocampus operativ entfernt wurde, wodurch dieser die Fähigkeit verlor, neue Gedächtnisinhalte zu speichern, d.h., er konnte kein neues Gedicht lernen, keine neuen Wörter speichern. Auch die Krankenschwestern erkannte er schon Minuten nach dem letzten Gespräch nicht wieder, doch die Erinnerungen seiner Kindheit waren mehr oder weniger unbeschadet vorhanden.

Bekanntlich leiden manche Frauen während ihrer Periode unter besonders starken körperlichen und psychischen Beschwerden, etwa an Antriebslosigkeit oder Stimmungsschwankungen, die einer depressiven Episode gleichen. Untersuchungen (Barth et al., 2016) zeigen, dass der schwankende Hormonspiegel bei Frauen auch in erstaunlicher Regelmäßigkeit die Struktur des Gehirns verändert, denn man hat herausgefunden, dass parallel zum ansteigenden Östrogenspiegel bis zum Eisprung auch das Volumen des Hippocampus zunimmt, und zwar sowohl das seiner grauen als auch seiner weißen Substanz. Wie sich die Schwankungen dieser Hirnstruktur konkret auf das Verhalten und spezielle geistige Fähigkeiten auswirken könnte, ist noch unklar.

Neuere Untersuchungen (Nakamura & Sauvage, 2015) haben bei Mäusen auf neuronaler Ebene nachgewiesen, dass beim Bilden und Abrufen von Gedächtnisinhalten die gleichen Bereiche und sogar die gleichen Zellen des Hippocampus aktiviert werden. Die Hirnregion Hippocampus spielt daher eine bedeutende Rolle sowohl bei der Bildung des Langzeitgedächtnisses als auch später beim Abrufen der Gedächtnisinhalte. Ist dieses Areal etwa im Alter oder bei einer Amnesie geschädigt, kommt es zu schweren Gedächtnisausfällen.

Weitere Untersuchungen zeigen auch, dass der Hippocampus nicht nur zentral für das bewusste Abspeichern und Abrufen von Erinnerungen ist, sondern dass der Hippocampus auch für das unbewusste Abspeichern und Erinnern des Erlebten notwendig ist. Menschen erleben bekanntlich alltäglich Episoden, an die sie sich später erinnern, wobei der Begriff episodisches Gedächtnis dabei Verknüpfungen zwischen Personen, Objekten, Raum und Zeit bezeichnet. Duss et al. (2014) haben nun gezeigt, dass der Hippocampus auch für das Abspeichern und Abrufen von Episoden zuständig, die ein Mensch unbewusst erlebt hat. In einem Experiment überprüfte man, wie Menschen mit Schädigungen im Hippocampus sowie gesunde Kontrollprobanden unbewusst präsentierte Wortpaare abspeichern und später abrufen. Der Hippocampus war dabei sowohl beim unbewussten Abspeichern als auch beim unbewussten Abrufen von Verknüpfungen zwischen Worten aktiviert, was belegt, dass neue Verknüpfungen unbewusst abgespeichert und abgerufen werden können, während das bei Menschen mit geschädigtem Hippocampus nicht gelang. Diese konnten neue Verknüpfungen von Worten weder bewusst noch unbewusst abspeichern.

Der Hippocampus ist nach neueren Untersuchungen (Oehrn et al., 2015) möglicherweise auch am schnellen und erfolgreichen Lösen von Konflikten beteiligt. Im Alltag sind Menschen ständig mit Entscheidungskonflikten konfrontiert, vor allem dann, wenn sie eine normalerweise sinnvolle Handlung unterdrücken müssen. Ein Beispiel wäre, wenn die Fußgängerampel auf Grün springt, und ein Passant üblicherweise losginge, gleichzeitig aber ein Auto rasend daherkommt. In einem Experiment mussten Probanden beim Hören der Wörter „hoch“ oder „tief“ unabhängig von der Wortbedeutung angeben, in welcher Tonhöhe die Begriffe gesprochen wurde. sodass ein leichter Konflikt erzeugt wurde, wenn Stimmlage und Wortbedeutung nicht zusammenpassten – siehe auch das Experiment zu Farben und Schriftfarbe. Dabei war der Hippocampus in besonders in jenen widersprüchlichen Situationen aktiv, wenn die Probanden die Konflikte schnell und erfolgreich lösten. Da der Hippocampus entscheidend für das Gedächtnis ist, vermutet man jetzt eine Funktion des Hippocampus bei der Verarbeitung auch von Handlungskonflikten, wobei vermutlich  das Gedächtnissystem besonders dann aktiv wird, wenn es gelingt, den Konflikt zu lösen. Möglicherweise arbeitet das Gedächtnis wie ein Filter, wobei es gelöste Konflikte besonders ansprechen, während ungelöste Widersprüche oder Standardsituationen hingegen nicht.

Literatur

Barth, C., Steele, C. J., Mueller, K., Rekkas, V. P., Arelin, K., Pampel, A., Burmann, I., Kratzsch, J., Villringer, A. & Sacher, J. (2016). In-vivo Dynamics of the Human Hippocampus across the Menstrual Cycle. Nature Scientific Reports, doi: 10.1038/srep32833.
Duss, S. B., Reber, T. P., Hänggi, J., Schwab, S., Wiest, R., Müri, R. M., Brugger, P., Gutbrod, K. & Henke, K. (2014). Unconscious relational encoding depends on hippocampus. Brain.
Nakamura, N.H. & Sauvage, M.M.(2015). Encoding and reactivation patterns predictive of successful memory performance are topographically organized along the longitudinal axis of the hippocampus. Hippocampus, DOI: 10.1002/hipo.22491.
Carina R. Oehrn, Conrad Baumann, Juergen Fell, Hweeling Lee, Henrik Kessler, Ute Habel, Simon Hanslmayr, Nikolai Axmacher (2015). Human hippocampal dynamics during response conflict. Current Biology,  Current Biology, 25, 2307–2313.
Savanthrapadian, S., Meyer, T., Elgueta, C., Booker, S.A., Vida, I., & Bartos, M. (2014). Synaptic Properties of SOM- and CCK-Expressing Cells in Dentate Gyrus Interneuron Networks. Journal of Neuroscience, 34, 8197-8209.
Dirigenten synchronisieren das Orchester im Hirn. Interview mit Hannah Moyner. Der Standard vom 10. April 2012.




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