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Neue Forschungen an Ratten könnten Wissenschaftlern helfen, Behandlungen für altersbedingten Gedächtnisverlust zu finden.Camille Chambefort/EyeEm/Getty Images
  • Die Forscher untersuchten die neuronalen Mechanismen hinter dem kognitiven Rückgang bei Ratten.
  • Ihre Forschung deutete darauf hin, dass einige ältere Menschen trotz altersbedingter Auswirkungen auf neuronaler Ebene widerstandsfähig gegen kognitiven Verfall sein könnten.
  • Die Forscher kamen zu dem Schluss, dass weitere Forschungen zu diesen Kompensationsmechanismen dazu beitragen könnten, Behandlungen für den altersbedingten kognitiven Rückgang zu entwickeln.

Die Forschung legt nahe, dass der Hippocampus, ein Bereich im Gehirn, der für das Gedächtnis verantwortlich ist, zwei komplementäre Prozesse durchführt: Mustertrennung und Mustervervollständigung.

Mustervervollständigung könnte als die Fähigkeit beschrieben werden, sich daran zu erinnern, einen Ort besucht zu haben, wenn man einen Monat später dorthin zurückkehrt, selbst wenn sich einige Details geändert haben.Auf der anderen Seite bedeutet die Mustertrennung, sich zu merken, welche Gespräche bei jedem Besuch stattgefunden haben, und sie nicht miteinander zu verwechseln.

Mit zunehmendem Alter von Menschen und Nagetieren nehmen ihre Fähigkeiten zur Mustertrennung abAbfall. Studien haben gezeigt, dass dies mit einem überaktiven CA3-Netzwerk im Gyrus dentatus im Hippocampus zusammenhängen könnte.Medikamente, die diese Hyperaktivität reduzieren, haben die Gedächtnisleistung bei gealterten Ratten erhöht.

Eine direkte Untersuchung der Wirkung des CA3-Netzwerks auf das Gedächtnis könnte Forschern helfen, Behandlungen zur Verbesserung altersbedingter Gedächtnisprobleme zu entwickeln.Zuletzt untersuchten Forscher, wie dieses CA3-Netzwerk die Gedächtnisleistung von jungen und alten Ratten beeinflusst.

Die Forscher fanden heraus, dass einige alte Ratten bei Gedächtnisaufgaben ähnlich wie junge Ratten abschneiden konnten, obwohl ihr Gehirn Defizite bei der Mustertrennung aufwies.

Die Studie wurde veröffentlicht inAktuelle Biologie.

Studien an Ratten

Für die Studie erhielten die Forscher vier junge Ratten (im Alter zwischen 3 und 6 Monaten) und 14 ältere Ratten (im Alter zwischen 22 und 26 Monaten). Zu Beginn wurden die Ratten in einem Wasserlabyrinth Verhaltenstests unterzogen.

Anschließend wurden sie einer Hyperdrive-Implantatoperation unterzogen, damit die Forscher den seitlichen Rand ihrer CA3-Gehirnregion überwachen konnten.

Danach wurden sie acht Tage lang darin geschult, eine untergetauchte Fluchtplattform in einem Wasserlabyrinth-Tank zu lokalisieren.Jedes sechste Mal im Labyrinth wurde als „Sondenversuch“ betrachtet und beinhaltete in den ersten 30 Sekunden keine Fluchtplattform.

Die Forscher verwendeten die durchschnittlichen Suchnähewerte der Ratten während dieser Sondenversuche, um einen Lernindex zu berechnen.Die Mäuse mit einem Score über 240 wurden als „im Alter gedächtnisbeeinträchtigt“ kategorisiert, während diejenigen mit einem Lernindex von weniger als 240 als „im Alter gedächtnisbeeinträchtigt“ eingestuft wurden.

Die Forscher analysierten dann die kognitiven Fähigkeiten der Ratten während der Nahrungssuche, des Kreisbahntrainings und weiterer Wasserlabyrinth-Tests weiter.

Wie erwartet fanden sie heraus, dass ältere Ratten mit eingeschränktem Gedächtnis bei verschiedenen Aufgaben schlechter abschnitten als jüngere Ratten, und dass dies mit Hyperaktivität in bestimmten Teilen des CA3-Bereichs des Hippocampus einherging.

Sie fanden jedoch auch heraus, dass einige der alten Ratten mit ungestörtem Gedächtnis ähnlich wie junge Ratten funktionierten, obwohl sie Anzeichen zeigtender gleichen Veränderungen in ihren CA3-Regionen.

Zugrunde liegende Mechanismen

Um die Ergebnisse zu erklären, stellten die Forscher fest, dass bei neurologischen Erkrankungen wie Alzheimer und Parkinson nur ein geringes Verhaltensdefizit auftritt, bis eine Schwelle überschritten wird.

Sie sagten, dies könnte erklären, warum einige ältere Ratten ähnlich wie jüngere Ratten abschneiden, da ihre Labyrinth-Werte auf einem Kontinuum zwischen den Werten der jüngeren Ratten und denen der am stärksten beeinträchtigten älteren Ratten liegen.

Auf die Frage nach den zugrunde liegenden Mechanismen sagte Heekyung Lee vom Knierim Lab der John Hopkins University und Hauptautor der Studie gegenüber Medical News Today, dass hemmende Neuronen eine Rolle spielen könnten.

„Die Zahl der hemmenden Neuronen im Hippocampus nimmt mit zunehmendem Alter ab. Frühere Arbeiten […] haben gezeigt, dass, während inhibitorische Neuronen in mehreren Subregionen des Hippocampus sowohl bei gedächtnisunbeeinträchtigten (AU) als auch bei gedächtnisbeeinträchtigten (AI) Ratten im Alter abnehmen, inhibitorische Neuronen speziell im Hilus der Subregion des Gyrus dentatus bei AI abnehmen, aber keine AU-Ratten“,erklärte Lee.

„Es ist bemerkenswert, dass es komplexe Feedforward- und Feedback-Verbindungen zwischen dem Gyrus dentatus und dem proximalen CA3 gibt, zwei Unterregionen, die Mustertrennungsberechnungen unterstützen. Das Gleichgewicht von Erregung und Hemmung spielt eine wesentliche Rolle in der Netzwerkdynamik“, fügte sie hinzu.

„Ein möglicher Kompensationsmechanismus bei [gealterten] Ratten [mit unbeeinträchtigtem Gedächtnis] kann darin bestehen, dass die Erhaltung hemmender Neuronen ausschließlich in der Hilusregion [des Gehirns] ausreichen könnte, um das altersbedingte Erregungs-Hemmungs-Ungleichgewicht zu überwinden und die Mustertrennung zu begünstigen.“
— Heekyung Lee, Autor der Studie

DR.Tara Swart Bieber, Neurowissenschaftlerin und Professorin an der MIT Sloan School of Management, sagte gegenüber MNT, dass auch Neuroplastizität eine Rolle spielen könnte.

„Neuroplastizität – die Fähigkeit, unser Gehirn lebenslang neu zu verdrahten – ist wahrscheinlich der Mechanismus, der diese Kompensation untermauert. Obwohl es im späteren Leben schwieriger ist, ist es möglich, neue Verbindungen herzustellen, die schwach gewordene Pfade umgehen können. […] Außerdem können sich Menschen nach einem Schlaganfall oder einer Gehirnoperation vollständig erholen“, sagte sie.

Die nächsten Schritte

Die Forscher kamen zu dem Schluss, dass weitere Forschung gerechtfertigt ist, um die Kompensationsmechanismen bei gealterten Ratten ohne Gedächtnisverlust zu verstehen, um zu verstehen, wie sie einen altersbedingten kognitiven Rückgang verhindern.

Auf die Frage nach zukünftigen Forschungsrichtungen sagte Lee, dass die Bestimmung verschiedener Subtypen von Neuronen der Schlüssel für zielgerichtete Therapien sein würde.

„Zukünftige Forschungen, um zu verstehen, warum hemmende Neuronen anfällig für Alterung sind, können helfen, therapeutische Strategien zu entdecken, um die Hemmung im Hippocampus zu erhöhen, um altersbedingte Gedächtnisprobleme zu verbessern.“
— Heekyung Lee, Autor der Studie

„Darüber hinaus gibt es verschiedene Subtypen von inhibitorischen Neuronen, und das Verständnis der funktionellen Spezifität jedes Subtyps kann eine gezielte Intervention ermöglichen“, fügte sie hinzu.

DR.Bieber sagte auch, dass die Erforschung von Lebensgewohnheiten, die älteren Menschen helfen könnten, das Alter effizienter zu bewältigen, auch das Verständnis dieser Kompensationsmechanismen verbessern könnte.

Auf die allgemeinere Frage nach der Vorbeugung von altersbedingtem Gedächtnisverlust antwortete Dr.Bieber sagte:

„Das ganze Leben lang Neues zu lernen, also aufmerksam genug zu sein, um Ihr Gehirn zu verändern, z. B. eine neue Sprache, einen neuen Sport, ein neues Musikinstrument usw. zu lernen, ist das Beste, was Sie im Erwachsenenalter für Ihr Gehirn tun können.“

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