Leitfaden zum Gedächtnis

In den letzten Jahren hat die Datenspeichertechnologie einen enormen Aufschwung erlebt. Wir haben uns von der fast 30.000 US-Dollar teuren, monatlich mietbaren IBM 305 RAMAC, die über eine Tonne wog und weniger als 5 Megabyte Daten speichern konnte, zu Smartphones mit 256 Gigabyte Speicherkapazität und Festplatten für Endverbraucher mit bis zu 10 Terabyte entwickelt. Doch nichts kann mit der Speicherkapazität unseres Gehirns mithalten. Es ist unglaublich schnell, kompakt, effizient und soll über 2,5 Petabyte speichern können – das sind 2,5 Millionen Gigabyte! Noch beeindruckender ist die Fähigkeit des Gehirns, nicht mehr benötigte Erinnerungen automatisch zu löschen. Das bedeutet, dass die 2,5 Petabyte wahrscheinlich weit über unsere Vorstellungskraft hinausgehen. Sie fragen sich jetzt sicher: Wenn ich so viel Speicherplatz habe, warum fällt es mir dann manchmal so schwer, mir Dinge zu merken? Die kurze Antwort lautet: Die Speicherung einer Erinnerung ist ein recht komplexer Prozess, der von einer Vielzahl verschiedener Faktoren beeinflusst wird. Sollte Ihnen diese Antwort nicht genügen, lesen Sie weiter, denn wir werden diese Frage noch viel ausführlicher behandeln!

Grundlagen der Neurowissenschaften

Um das menschliche Gedächtnis vollständig zu verstehen, benötigen wir zunächst ein solides Grundverständnis der Neurowissenschaften, wie etwa der Neuronenstruktur und der Neurotransmission. Im Kern beruht unser Gehirn auf der blitzschnellen Umwandlung chemischer in elektrische Signale, die anschließend wieder in chemische Signale zurückgewandelt werden. Dieser Prozess läuft in atemberaubender Geschwindigkeit ab und bildet die Grundlage der Neurotransmission, die unten dargestellt ist.

Bei der Neurotransmission erreicht ein elektrisches Signal das Neuron und führt zu einer Änderung des elektrischen Gradienten innerhalb des Neurons; dies wird als Aktionspotenzial bezeichnet. Dadurch können kleine Bläschen, sogenannte Vesikel, die mit Neurotransmittern gefüllt sind, an die Zellmembran des Neurons andocken und ihre Neurotransmitter in den flüssigkeitsgefüllten synaptischen Spalt freisetzen. Im synaptischen Spalt angekommen, können die Neurotransmitter an Rezeptoren eines anderen Neurons binden, was wiederum ein elektrisches Signal in diesem Neuron auslöst. Der Prozess der Neurotransmission wiederholt sich. In Wirklichkeit ist dieser Prozess jedoch viel komplexer, da die Änderung des elektrischen Gradienten durch den Ein- und Ausstrom verschiedener Ionen wie Natrium, Kalium und Kalzium verursacht wird, die alle spezifische Wirkungen innerhalb des Neurons ausüben können. Für das Gedächtnis ist Kalzium von großer Bedeutung, da es die Langzeitpotenzierung (LTP) steuert, einen der wichtigsten Mechanismen zur Speicherung von Erinnerungen im Langzeitgedächtnis.

Wie in der obigen Abbildung zu sehen ist, gibt es zwei verschiedene Rezeptortypen: metabotrope und ionotrope Rezeptoren. Der Einfachheit halber konzentrieren wir uns zunächst auf die ionotropen Rezeptoren. Diese öffnen nach Aktivierung durch ein chemisches Signal ihren Ionenkanal, wodurch Ionen in das Neuron ein- und ausströmen können. Im Zusammenhang mit dem Gedächtnis führt die Aktivierung ionotroper NMDA-Rezeptoren durch den exzitatorischen Aminosäure-Neurotransmitter Glutamat zu einem Kalziumeinstrom in das Neuron. Das Kalzium aktiviert dann das Protein Calmodulin im Neuron, welches eine umfangreiche Signalkaskade in Gang setzt. Das Endergebnis dieser Signalkaskade ist der Einbau eines AMPA-Rezeptors in das Neuron. Dieser wird ebenfalls durch Glutamat aktiviert, jedoch deutlich schneller als der NMDA-Rezeptor. Die AMPA-Rezeptoren erfüllen im Neuron zwei Funktionen: Erstens sensibilisiert ihre Aktivierung, die deutlich schneller erfolgt als die des NMDA-Rezeptors, den NMDA-Rezeptor, sodass auch dieser viel leichter aktiviert werden kann. Dies ermöglicht einen schnelleren Einbau zusätzlicher AMPA-Rezeptoren. Zweitens eignen sich AMPA-Rezeptoren aufgrund ihrer schnelleren Aktivierung hervorragend zur Stärkung der Verbindungen zwischen verschiedenen Neuronen. Diese Verbindungen bilden die Grundlage des Gedächtnisses. Man kann sich diesen Prozess wie Freundschaften vorstellen: Die meisten Freundschaften entstehen aus dem Nichts, können sich aber zu sehr engen Freundschaften entwickeln, in denen viel Information zwischen den beiden Freunden ausgetauscht wird. Um diese Freundschaft zu erhalten, müssen wir uns jedoch bemühen, in Kontakt zu bleiben. Versäumen wir dies, kann die Freundschaft zerbrechen, was zu einem verminderten Informationsaustausch führt. Ähnlich funktioniert das Gedächtnis: Je mehr Aufmerksamkeit einem Neuron zuteilwird, desto mehr AMPA-Rezeptoren werden eingebaut und desto mehr Information findet zwischen den Neuronen statt. Wird diesem Neuron jedoch keine Beachtung geschenkt, ist es sinnlos, die zusätzlichen AMPA-Rezeptoren zu erhalten. In diesem Fall setzt ein weiterer Prozess ein, die sogenannte Langzeitdepression (LTD). Diese entfernt die zusätzlichen AMPA-Rezeptoren und führt letztendlich dazu, dass wir eine Erinnerung „vergessen“. Da wir nun die Grundlagen von LTP und LTD kennen, können wir dieses Wissen nutzen, um ein individuelles Programm zur Verbesserung der Gedächtnisbildung zu entwickeln.

Die Verbindung stärken

Der beste Weg, das Gedächtnis zu verbessern , ist Wiederholung. Denn die Gedächtnisbildung ist ein wiederholter Prozess. Je öfter der NMDA-Rezeptor stimuliert wird, desto häufiger werden AMPA-Rezeptoren eingebaut und desto stärker wird die Erinnerung. Um dies zu erreichen, müssen wir unsere Art des Lernens verändern, da es sehr schwierig ist, eine Erinnerung über einen längeren Zeitraum zu speichern, wenn wir nur einen Versuch unternehmen. Nehmen wir zum Beispiel eine Telefonnummer. Sehen wir sie einmal, können sich die meisten von uns sie für ein paar Sekunden merken. Das liegt daran, dass wir kurzzeitig eine Gedächtnisspur öffnen – den Beginn der Langzeitpotenzierung (LTP). Wenn wir diese Gedächtnisspur nicht nutzen, setzt die Langzeitdepression (LTD) ein und löscht die schwache Spur schnell. Sehen wir uns die Nummer nun innerhalb weniger Stunden mehrmals an, können wir die Gedächtnisspur langsam aber sicher stärken und sie in unserem Langzeitgedächtnis festigen. Das klingt zwar einfach, wird aber oft übersehen, wenn wir versuchen, uns komplexere Informationen einzuprägen. Wenn wir beispielsweise für eine Physikprüfung lernen, müssen wir uns zunächst die theoretischen Grundlagen gut einprägen und dieses Gesamtverständnis dann mit spezifischen Formeln und deren Anwendung verknüpfen. Ein häufiger Fehler ist, dass wir den Stoff in Eile pauken, wodurch uns nur wenige Stunden Zeit zum Verinnerlichen bleiben. Stattdessen benötigen wir mehrere Tage intensiven Lernens mit vielen Wiederholungen, um solch komplexe Informationen wirklich zu festigen. Da wir uns jedoch nicht immer die Zeit für häufiges Wiederholen nehmen können, können wir diesen Prozess mithilfe gezielter Nootropika etwas unterstützen. Die effektivsten Nootropika zur Gedächtnisverbesserung sensibilisieren entweder die AMPA-Rezeptoren, wodurch diese leichter aktiviert werden können, oder sie sensibilisieren die NMDA-Rezeptoren, was wiederum zur Bildung zusätzlicher AMPA-Rezeptoren führt. Die wirksamsten AMPA-Rezeptor-Sensibilisatoren sind Racetame wie Oxiracetam, das leicht stimulierend wirkt, oder Unifiram, eines der stärksten AMPA-sensibilisierenden Nootropika. Nootropika, die auf das Acetylcholinsystem wirken, sensibilisieren den NMDA-Rezeptor; dazu gehören beispielsweise die Acetylcholin-Vorstufen Citicolin und Alpha-GPC sowie Huperzin A, das den Abbau von Acetylcholin hemmt. Darüber hinaus ist ausreichend Schlaf wichtig, und Stress sollte so gering wie möglich gehalten werden, da Schlafmangel und Stress die Gedächtnisbildung erheblich beeinträchtigen können. Wenn Sie Hilfe beim Umgang mit Schlaf und Stress benötigen, kann die Aminosäure L-Theanin die Auswirkungen von Stress minimieren und zu einem besseren Schlaf beitragen.