Gesundheit: Wie sich das Hirn Gelerntes merkt

Wer Neues lernt, zurrt dabei Verbindungen zwischen den Nerven im Gehirn fester. Dieser nahe liegende Schluss konnte bisher nicht bewiesen werden. Doch es gibt Fortschritte, über die Mark Bear und Kollegen vom Massachusetts Institute of Technology (MIT) bei Boston im Fachmagazin „Science“ (Band 313, Seite 1093) berichten. Den Forschern ist es gelungen, die Auswirkungen des Lernens direkt im Gehirn von Ratten zu beobachten.

Bei den Versuchen durften die Nagetiere zwischen zwei Kammern wählen, eine beleuchtet, die andere abgedunkelt. Betraten die Ratten die dunkle Kammer, erhielten sie an den Füßen einen leichten Stromstoß. In der hellen Kammer passierte nichts. Die Ratten brauchten nicht lange, um zu lernen, im Hellen zu bleiben.

Seit langem glauben Neurobiologen, dass im Gehirn das Gleiche passiert, wenn Ratten das Dunkel meiden und Schüler Vokabeln lernen. Klar war aber nur, dass Lernen etwas mit der Aktivität von Nerven im Gehirn zu tun hat. Werden die Nerven gereizt, fließt ein kleiner elektrischer Strom. Erreicht eine Spannung von weniger als einem Zehntelvolt das Ende einer Nervenfaser, platzen dort kleine, mit chemischen Molekülen angefüllte Bläschen.

Diese Neurotransmitter genannten Substanzen gelangen rasch in die nächste, nur einen schmalen Spalt entfernte Nervenzelle. Auf der anderen Seite dieser Synapse lösen die Neurotransmitter wieder einen kleinen Stromstoß aus, das Signal wird an die nächste Nervenzelle weitergeleitet. Die Synapsen sind nun keineswegs fest, sondern verändern sich. Manche Spalte verschwindet wieder, an anderen Stellen entstehen neue. Bei hundert Milliarden Nervenzellen im Gehirn, von denen jede über 1000 bis 5000 Synapsen mit anderen Nervenzellen verbunden ist, entsteht so ein sehr kompliziertes System.

Sobald in diesem Netzwerk ein Stromstoß durch eine Nervenfaser fließt, schließen sich neue Synapsen an, bestehende Verbindungen werden fester geknüpft. Fließt länger kein Strom durch eine Nervenfaser, lösen sich viele Synapsen. Das gilt für das Büffeln von Vokabeln wie für das Lernen von Ratten. Lernen diese, dass die dunkle Kammer unangenehm ist, fließt etwas Strom, der chemische Signale an bestimmten Synapsen auslöst.

Springt die Ratte erneut in die dunkle Kammer, werden die gleichen Nerven wieder erregt und die benutzten Verbindungen verstärkt. Genau das passiert auch im Gehirn des Schülers, der lernt, dass „Vater“ im Englischen „Father“ heißt. Sieht er diese zwei Vokabeln, werden die beteiligten Verbindungen im Gehirn verstärkt. Erst mit der Zeit bildet sich ein festes Muster von Verbindungen im Kopf – daher muss man Vokabeln wiederholen, bis man das „Gelernte“ intus hat.

Den praktischen Beweis zu dieser dreißig Jahre alten Theorie lieferten jetzt die MIT-Forscher, als sie mit aufwendigen technischen Methoden die Synapsen im Gehirn von Ratten bei ihrer Tätigkeit „belauschten“ und dabei die Synapsen markierten, die gerade beim Lernen etwas verändert wurden. Das Ergebnis zeigt klar: Beim Lernen werden vorhandene Synapsen verstärkt und neue Verbindungen geknüpft.