Wiederholtes Üben verbessert das Arbeitsgedächtnis und verändert die Nervenbahnen im Gehirn

Eine neue Studie von UCLA Health hat ergeben, dass wiederholtes Üben nicht nur zur Verbesserung der Fähigkeiten beiträgt, sondern auch zu erheblichen Veränderungen der Gedächtnisbahnen des Gehirns führt.

Die in der Fachzeitschrift Nature veröffentlichte und in Zusammenarbeit mit der Rockefeller University durchgeführte Studie sollte herausfinden, wie die Fähigkeit des Gehirns, Informationen zu speichern und zu verarbeiten (das sogenannte Arbeitsgedächtnis), durch Training verbessert wird.

Um dies zu testen, baten die Forscher Mäuse, zwei Wochen lang eine Reihe von Gerüchen zu identifizieren und abzurufen. Währenddessen überwachten sie die neuronale Aktivität der Tiere. Mit einem neuen, speziell angefertigten Mikroskop konnten sie die Zellaktivität von bis zu 73.000 Neuronen gleichzeitig im gesamten Kortex abbilden.

Die Studie zeigte Veränderungen in den Arbeitsspeicherschaltkreisen im sekundären Motorkortex, wenn die Mäuse die Aufgabe über einen längeren Zeitraum wiederholten. Zu Beginn des Lernprozesses waren die Gedächtnisrepräsentationen instabil. Doch nach wiederholtem Üben begannen sich die Gedächtnismuster zu stabilisieren oder zu „kristallisieren“, sagte der Hauptautor und Neurologe der UCLA Health, Dr. Peyman Golshani.

Einfluss optogenetischer Hemmung auf die Leistung bei Aufgaben zum Arbeitsgedächtnis (AG).
A. Versuchsaufbau.
B. Versuchstypen in einer Aufgabe zum verzögerten assoziativen Arbeitsgedächtnis; Lecken wurde während der 3-sekündigen Auswahlphase bewertet, wobei frühe und späte Verzögerungsphasen markiert waren.
C. Lernfortschritt über acht Sitzungen, gemessen am Prozentsatz richtiger Antworten.
D. Beispieltrainingseinheit mit markierten Lecken.
E. Einfluss der Photoinhibition auf die Aufgabenleistung über verschiedene Epochen hinweg (vierte Sekunde der Verzögerungsphase, P = 0,009; fünfte Sekunde der Verzögerungsphase, P = 0,005; zweiter Geruch, P = 0,0004; erste Sekunde der Auswahlphase, P = 0,0001). Die statistische Analyse wurde mit gepaarten t-Tests durchgeführt.
F. Photoinhibition von M2 in den letzten 2 Sekunden der Verzögerungsphase während der ersten 7 Trainingstage beeinträchtigt die Aufgabenleistung. n = 4 (stGtACR2-exprimierende Mäuse) und n = 4 (mCherry-exprimierende Mäuse). Die durch Zweistichproben-t-Tests für die Sitzungen 1–10 ermittelten P-Werte waren wie folgt: P1 = 0,8425, P2 = 0,4610, P3 = 0,6904, P4 = 0,0724, P5 = 0,0463, P6 = 0,0146, P7 = 0,0161, P8 = 0,7065, P9 = 0,6530 und P10 = 0,7955. Für c, e und f werden die Daten als Mittelwert ± SEM NS dargestellt, nicht signifikant; *P ≤ 0,05, **P ≤ 0,01, ***P ≤ 0,001, ****P ≤ 0,0001.
Quelle: Nature (2024). DOI: 10.1038/s41586-024-07425-w

„Wenn man sich vorstellt, dass jedes Neuron im Gehirn wie eine einzelne Note klingt, variierte die Melodie, die das Gehirn während der Ausführung der Aufgabe erzeugte, von Tag zu Tag, wurde dann aber immer feiner und ähnlicher, während die Tiere die Aufgabe weiter übten“, sagte Golshani.

Diese Änderungen geben Aufschluss darüber, warum die Leistung mit wiederholtem Üben präziser und automatischer wird.

„Diese Entdeckung erweitert nicht nur unser Verständnis von Lernen und Gedächtnis, sondern hat auch Auswirkungen auf die Behandlung von Problemen, die mit Gedächtnisstörungen verbunden sind“, sagte Golshani.

Die Arbeit wurde von Dr. Arash Bellafard, einem Projektwissenschaftler der UCLA, in enger Zusammenarbeit mit der Gruppe von Dr. Alipasha Vaziri an der Rockefeller University durchgeführt.