Studie versetzt Mäuse in Winterschlaf, löscht die Hälfte ihrer Synapsen, und ihnen geht es prima, danke

Hier ist ein lustiges Gedankenexperiment: Wenn deine Erinnerungen in den physischen Verbindungen zwischen Neuronen gespeichert sind, und diese Verbindungen wie ein kosmisches Abstauben ausgelöscht werden, sollten deine Erinnerungen dann überleben? Offenbar ja – zumindest, wenn du eine Maus bist, die künstlich in Winterschlaf versetzt wurde. Eine neue Studie in Science legt nahe, dass Erinnerungen die vollständige Zerstörung genau der Synapsen überleben können, die sie angeblich enthalten. Thanos wäre wütend.

Die herkömmliche Weisheit in der Neurowissenschaft besagt, dass Lernen die Verbindungen zwischen Neuronen physisch stärkt und vergrößert, und dass diese Veränderungen die Erinnerung ausmachen. Der Haken: Diese Verbindungen sind plastisch, das heißt, sie verändern sich ständig. Wie Kazumasa Tanaka, Neurowissenschaftler am Okinawa Institute of Science and Technology Graduate University in Japan, es ausdrückt: „Wenn man die Anordnung dieser Verbindungen an Tag eins mit der an Tag vier oder fünf vergleicht, ist sie sehr, sehr unterschiedlich.“ Um zu sehen, wie eine Erinnerung, die Jahre hält, auf Hardware sitzen kann, die sich alle paar Tage ändert, beschloss Tanakas Team, die Veränderung etwas dramatischer zu gestalten. Sie versetzten Mäuse in einen winterschlafähnlichen Zustand, der im Wesentlichen mehr als die Hälfte ihrer Synapsen löschte. Die Mäuse behielten jedoch offenbar ihre Erinnerungen. Natürlich taten sie das.

Winterschlaf ist normalerweise eine Spezialität von Eichhörnchen, Hamstern und Bären, aber der neuronale Schaltkreis, der ihn auslöst, ist bei Säugetieren konserviert – sogar bei Arten, die in freier Wildbahn nie Winterschlaf halten, wie Mäuse. Im Juni 2020 entwickelte ein Team unter der Leitung von Takeshi Sakurai, Neurowissenschaftler an der Universität Tsukuba und Mitarbeiter an Tanakas Studie, eine Technik, um diesen Schaltkreis künstlich zu aktivieren, indem es eine Population namens Q-Neuronen im Hypothalamus stimulierte. Das Ergebnis ist ein Zustand namens QIH, für Q-Neuronen-induzierte Hypothermie und Hypometabolismus.

„Mit unserem Protokoll können wir die Körpertemperatur von Mäusen auf etwa 20 Grad Celsius senken, und ihre Herzfrequenz und Atemfrequenz nehmen ebenfalls deutlich ab“, erklärt Tanaka. Ob dies als echter Winterschlaf gilt, hängt von deinem Bezugspunkt ab: Bären reduzieren den Stoffwechselbedarf, halten aber ihre Körpertemperatur bei etwa 36 oder 37 Grad Celsius, während einige Eichhörnchen in einen supertiefen Winterschlaf verfallen, bei dem ihre Körpertemperatur nahe dem Gefrierpunkt liegt. „Künstlicher Winterschlaf liegt irgendwo in der Mitte dieses Spektrums“, sagt Tanaka.

Das Wichtigste an QIH ist, dass es nach Belieben ein- und ausgeschaltet werden kann. In Tanakas Experimenten verbrachten Mäuse 48 Stunden im winterschlafähnlichen Zustand und wachten dann auf. Für ihre Synapsen wirkten diese 48 Stunden wie Thanos' Schnippen.

Um das synaptische Gemetzel zu messen, implantierte Tanakas Team Tetroden – Bündel feiner Elektroden – in den Hippocampus frei beweglicher Mäuse, sodass sie einzelne Neuronen beim Feuern aufzeichnen konnten. Sie fanden heraus, dass die Aktivität um etwa 70 Prozent sank, sobald der Winterschlaf einsetzte. Gehirngewebe wurde auch mit Serien-Blockflächen-Rasterelektronenmikroskopie vor, während und Tage nach dem Winterschlaf abgebildet. Es stellte sich heraus, dass der Winterschlaf mehr als die Hälfte der Synapsen auslöschte – was im Prinzip die meisten Erinnerungen hätte löschen sollen. „Wenn man akzeptiert, dass Gedächtnisspuren in der Wirksamkeit einzelner Synapsen liegen, würde man bei Verlust von mehr als der Hälfte der synaptischen Verbindungen natürlich eine Beeinträchtigung des Gedächtnisses danach erwarten“, sagt Tanaka. Aber das Team fand keine solche Beeinträchtigung.

Vor dem Winterschlaf wurden die Mäuse in zwei Standard-Gedächtnisaufgaben trainiert: kontextuelle Furchtkonditionierung (Assoziieren einer Box mit einem milden elektrischen Schock) und eine Plus-Labyrinth-Aufgabe (Lernen, zu einer Belohnung zu navigieren). Beide Aufgaben hängen von Hippocampus-Erinnerungen ab, wie durch die Erzeugung einer Läsion in der Region nach dem Training bestätigt wurde, was zum Verschwinden der Erinnerungen führte. Aber als Mäuse, die QIH durchliefen, aufgeweckt wurden, schnitten sie genauso gut ab wie nicht Winterschlaf haltende Mäuse. „Was wir in diesen zwei verschiedenen Verhaltensparadigmen fanden, ist, dass das Gedächtnis vollständig intakt war“, behauptet Tanaka.

Das Überleben dieser Erinnerungen war auch