Gesundheit: Medizin-Nobelpreis: Ein Trio mit wunderbarem Gedächtnis

Lange Zeit war das Gehirn Terra incognita, ein unbekannter Kontinent auf dem Planeten Mensch. Es schien fast ausgeschlossen, dass jemals wissenschaftliche Entdecker seine Grenzen übertreten und in Erfahrung bringen würden, auf welche Weise Fähigkeiten wie Fühlen, Wahrnehmen, Denken und Erinnern ihren materiellen Niederschlag finden. Die Preisträger des diesjährigen Medizin-Nobelpreises haben das Gegenteil bewiesen. Arvid Carlsson, Paul Greengard und - vor allem - Eric Kandel haben das scheinbar Unmögliche möglich gemacht. Sie haben dem rätselhaften Mikrokosmos unseres Gehirns ein wenig von seinen Geheimnissen geraubt - und ihn dabei noch faszinierender gemacht.

"Ein wunderbares Trio" nennt Wolf Singer vom Max-Planck-Institut für Hirnforschung in Frankfurt am Main die Wissenschaftler. In gewisser Weise bauen die Arbeiten der mit dem Nobelpreis bedachten Forscher aufeinander auf. Am Anfang stand Carlsson, dem es gelang, einen bestimmten Botenstoff im Gehirn zu finden und seine Bedeutung zu erkennen. Greengard hat aufgeklärt, welche kaskadenartigen Prozesse ein Botenstoff in der Nervenzelle selbst hervorruft. Und Kandel schließlich hat ausgehend von diesem Wissen grundlegende molekulare Vorgänge beim Lernen und der Gedächtnisbildung aufgehellt. So gelangten die Forscher vom einzelnen Molekül zu komplexen Phänomenen des Lebens.

Das menschliche Gehirn besitzt mehr als 100 Milliarden Nervenzellen, die über Billionen von Zellkontakten, den Synapsen, bioelektrisch miteinander "verschaltet" sind. Dieses unfassbar komplexe Netz von Nervenzellen kommuniziert mit Hilfe von Botenstoffen, Transmitter genannt. Transmitter übertragen die elektrische Erregung von einer Zelle auf die nächste und stoßen hier eine Welle biochemischer Prozesse an. In den späten 50ern konnte Carlsson mit einem selbst entwickelten Test nachweisen, dass der Botenstoff Dopamin im Gehirn eine große Rolle vor allem bei der Kontrolle unwillkürlicher Bewegungen spielt. Dopamin findet sich vor allem im Bereich der Basalganglien, wichtiger Nervenzentren des Endhirns.

Carlssons Entdeckung hatte wichtige medizinische Konsequenzen. Denn der Untergang von dopaminhaltigen Nervenzellen im Gehirn führt zur Parkinson-Krankheit ("Schüttellähmung") mit ihren tiefgreifenden Bewegungsstörungen. Umgekehrt vermag die Gabe der Dopamin-Vorläufersubstanz L-Dopa das Leiden zu lindern, denn der Dopaminmangel wird auf diese Weise ausgeglichen. Auch Medikamente können den Dopamin-Stoffwechsel im Gehirn stören. So blockieren bestimmte Mittel gegen Schizophrenie die Ankerplätze (Rezeptoren) für Dopamin auf der Empfängerzelle. Carlsson war außerdem an der Entwicklung neuer Medikamente gegen Depressionen, der Serotonin-Wiederaufnahme-Hemmer, beteiligt.

Botenstoffe wie Dopamin und Serotonin bewirken eine relativ langsame Übertragung der Signale an den Nervenkontakten. So steuern sie Wachheit und Stimmung, aber auch schnelle Prozesse wie Sprache, Bewegung und Sinneswahrnehmung. Paul Greengard fand heraus, dass bei der langsamen Übertragung an den Nervenkontakten ein Prozess namens Protein-Phosphorylierung eine wichtige Rolle spielt. Dabei koppelt sich ein Phosphat-Molekül an ein Eiweiß (Protein) und ändert auf diese Weise Form und Betriebszustand des Proteins. Bildlich gesprochen: die Rädchen der "Nanomaschine" Protein fangen dank Phosphat zu schnurren an. Sie übertragen ihre Kraft auf ein weiteres Eiweiß, das seinerseits weitere Zahnräder und Treibriemen in Bewegung setzt. Diese Kaskade biochemischer Reaktionen in der Zelle kann zum Beispiel in der Zellhülle eingelassene Ionenkanäle in Alarmzustand versetzen. Die Nervenzelle wird dann besonders leicht erregbar.

Die biochemischen Prozesse bei der Signalübertragung sind auch wichtig, um das Gedächtnis zu verstehen. Dessen Erforschung hat sich Eric Kandel verschrieben. Kandel studierte zunächst Säugetiere, wählte dann aber aus praktischen Gründen ein Tier mit einem einfach gebauten Nervensystem aus - die Meeresschnecke Aplysia. Der Forscher löste bei der Schnecke immer wieder einen Schutzreflex aus, bis das Tier sich an den Reiz gewöhnt hatte und sein Verhalten änderte.

Dieses einfache Lernverhalten des Tieres führte zu Veränderungen an den Kontaktstellen der Nervenzelle, an den Synapsen. Wurde das Tier nur oberflächlich gereizt, war lediglich das Kurzzeitgedächtnis betroffen, bei stärkeren Provokationen bildete sich über Wochen eine Art Langzeitgedächtnis. Für Kandel ist klar, dass diese Prozesse im Prinzip auch bei höheren Tieren und im Menschen ablaufen. In den 90ern hat er das am Beispiel der Mäusen belegt.

Im Mittelpunkt des Lernens steht die Synapse, zugespitzt gesagt, verbirgt sich unser Gedächtnis in den Nervenkontakten. Lernprozesse verstärken oder verdünnen die synaptischen Kontakte zwischen den Zellen und lassen auf diese Weise bestimmte Netzwerke im Gehirn entstehen. "Kandel hat die Gedächtnisforschung aus ihren Niederungen herausgeführt", sagt Randolf Menzel vom Institut für Neurobiologie der Freien Universität. "Früher glaubte man, dass sich Lerninhalte etwa in Eiweißen verschlüsseln - ein Irrweg."

Das neue Bild von Lernen und Gedächtnis sieht anders aus. Es ist überaus dynamisch: Nervenkontakte werden stärker oder schwächer und biologische Prozesse im Inneren der Zelle sind daran beteiligt, wie tief sich etwas ins Gedächtnis einprägt. So entsteht ein Langzeitgedächtnis auf einen starken äußeren Reiz hin, aber es ist auch erforderlich, dass neue Proteine gebildet werden, um Nervenkontakte dauerhaft zu stärken. Allerdings kann die Synapse allein nach heutigem Verständnis keinen Lerninhalt speichern. Das wäre zu einfach gedacht. Der Lerninhalt scheint vielmehr in einem ein Netzwerk von Nervenzellen, die über "Gedächtnis-Kontakte" verknüpft sind, abgelegt zu werden.

Dank Kandels Forschung ist es nun tatsächlich möglich, komplizierte Vorgänge wie Lernen und Gedächtnisbildung auch auf der Ebene der Zellen und Moleküle zu verstehen. Doch ist der Weg noch lang, um wirklich im Detail zu verstehen, wie wir Erinnerungen speichern und wieder abrufen. Dennoch wird es vielleicht eines Tages gelingen, den Gedächtnisverlust, wie er zum Beispiel bei der Alzheimer-Krankheit auftritt, besser zu behandeln. Auch wenn es keine simplen "Gedächtnis-Moleküle" gibt.

Verliehen wird der Nobelpreis für Medizin oder Physiologie am 10. Dezember in Stockholm. Die Preissumme von rund 2,1 Millionen Mark teilen sich die drei Forscher.