Langzeit-Potenzierung & Gedächtnis

Der kanadische Psychologe Donald Hebb, damals in Montreal, formulierte 1949 in The Organization of Behavior einen Satz, der das restliche Jahrhundert überdauern sollte: Wenn ein Axon der Zelle A nahe genug liegt, um eine Zelle B zu erregen, und wiederholt daran mitwirkt, sie zum Feuern zu bringen, dann läuft in einer der beiden Zellen oder in beiden ein Wachstumsvorgang ab, der die Wirksamkeit von A als eine der B erregenden Zellen erhöht. In der Laborkurzform: Was zusammen feuert, verdrahtet sich zusammen. Vorerst war das reine Theorie. Vierundzwanzig Jahre später, 1973, lieferten Tim Bliss und Terje Lømo in Oslo den Beleg: Reizten sie eine präsynaptische Bahn im Hippocampus eines narkotisierten Kaninchens hochfrequent, fiel die postsynaptische Antwort auf spätere Testreize noch lange danach kräftiger aus. Sie nannten das Phänomen eine lang anhaltende Potenzierung; der Name, der blieb — Langzeit-Potenzierung, kurz LTP —, kam zwei Jahre später auf.

Langzeit-Potenzierung heißt: Synaptische Übertragung wird durch gemusterte Aktivität dauerhaft kräftiger. Der Standardfall, untersucht in der Region CA1 des Hippocampus, verlangt ein Zusammentreffen — starke präsynaptische Aktivität, die Glutamat freisetzt, und gleichzeitig eine bereits depolarisierte Zielzelle. Erst diese Depolarisation löst den Magnesiumblock der NMDA-Rezeptoren, sodass Calcium einströmen kann. Der Calciumeinstrom stößt eine Kaskade an: Neue AMPA-Rezeptoren wandern in die postsynaptische Membran, der dendritische Dorn wächst, und in der Spätphase der LTP schaltet die Zelle die Genexpression um und stellt neue Proteine her, damit der Umbau hält. Dieselben präsynaptischen Spikes erzeugen fortan größere Antworten — die Synapse ist potenziert. Die Spike-Timing-abhängige Plastizität hat die Regel geschärft: Nur wenn der präsynaptische Spike kurz vor dem postsynaptischen eintrifft, innerhalb von etwa zwanzig Millisekunden, kommt es zur Verstärkung; in umgekehrter Reihenfolge zur Abschwächung. Gelernt wird also kausal — gestärkt wird eine Verbindung nur dort, wo das präsynaptische Ereignis das postsynaptische plausibel mit ausgelöst hat. Verschiedene Gedächtnisarten liegen an verschiedenen Orten. Das episodische Gedächtnis für einzelne Ereignisse hängt an Hippocampus und medialem Schläfenlappen; der Patient H. M. wurde berühmt, weil ihm die beidseitige Entfernung des Hippocampus jede neue Episode nahm, die alten aber ließ. Das semantische Gedächtnis für Weltwissen zieht über Wochen bis Jahre in die Rinde um. Das prozedurale Gedächtnis fürs Radfahren sitzt in Basalganglien und Kleinhirn. Das Arbeitsgedächtnis wiederum läuft über anhaltende Aktivität im präfrontalen Kortex und hat mit LTP gar nichts zu tun. Und das Ganze arbeitet rekonstruktiv statt reproduktiv: Jedes Erinnern ist zum Teil ein Neuschreiben, und der Abruf kann die Spur über die Rekonsolidierung verändern. Genau daher rühren Ebbinghaus' Vergessenskurven, Loftus' falsche Erinnerungen und die Unzuverlässigkeit von Augenzeugen.