Entstehen Erinnerungen auf einem leeren Blatt?

Der Hippocampus ist eine wichtige Gehirnregion für die Gedächtnisbildung und räumliche Orientierung. Er wandelt Kurzzeit- in Langzeiterinnerungen und fördert so das Aufflammen von Erfahrungen. Die Gruppe rund um Magdalena Walz Professor for Life Sciences Peter Jonas am Institute of Science and Technology Austria (ISTA) erforscht genau diesen Teil des Gehirns. Ihre neueste Studie in Nature Communications zeigt nun, wie sich das zentrale Nervennetzwerk im Hippocampus nach der Geburt entwickelt.

Stell dir vor du hast ein leeres Blatt vor dir. Nichts ist darauf zu sehen – also beginnst du darauf zu kritzeln. Nach und nach fügst du mehr Informationen hinzu. Dieses Konzept nennt man Tabula rasa – die „leere Tafel“.

Anders ist es, wenn auf dem Blatt bereits etwas steht. Neue Informationen werden hinzugefügt oder alte entfernt. Das ist das Prinzip der Tabula plena – der „vollen Tafel“.

Im Zentrum dieser philosophischen Grundfrage steht: Ist alles von Anfang an angelegt, oder formt erst Erfahrung das, was wir sind?

Auch in der Biologie findet sich diese Kontroverse wieder – zwischen den Genen, die die Grundbausteine liefern, und den äußerlichen Faktoren, die einen Organismus prägen.

Genau dieser Frage widmen sich Neurowissenschafter:innen der Jonas Gruppe am Institute of Science and Technology Austria (ISTA) in Bezug auf den Hippocampus – jene Region im menschlichen Gehirn, die an der Gedächtnisbildung und der räumlichen Navigation beteiligt ist. Genauer gesagt, wie entwickelt sich das zentrale Nervennetzwerk im Hippocampus nach der Geburt? Geht es hier um Tabula rasa oder Tabula plena?

Zuerst mehr, dann weniger

Im Fokus stand das zentrale Nervennetzwerk im Hippocampus, welches aus verknüpften CA3-Pyramiden-Neuronen besteht. Diese Zellen speichern und rufen Erinnerungen ab durch einen Prozess, den man als Plastizität beschreibt. Darunter versteht man die Möglichkeiten von Nervenzellen, sich ständig zu verändern, etwa indem sie Signale unterschiedlich stark weiterleiten oder ihre Verbindungen umbauen.  

Für sein Projekt untersuchte ISTA Alum Victor Vargas-Barroso Mäuse in drei verschiedenen Entwicklungsstadien: kurz nach der Geburt (Tag 7 – 8), im jugendlichen Alter (Tag 18 – 25) und im erwachsenen Alter (Tag 45 – 50).

Für die Analyse nutzte der Forscher die „Patch-Clamp-Technik“. Dabei werden winzige elektrische Signale in bestimmten Bereichen der Nervenzellen – zum Beispiel an den Enden, die Signale senden (präsynaptische Endigungen), oder an den Verzweigungen, die Signale empfangen (Dendriten) – gemessen. Ergänzend kamen hochentwickelte Mikroskope zum Einsatz, um zu beobachten, was innerhalb der Zellen passiert, sowie spezielle laserbasierte Methoden, um einzelne Verbindungen gezielt zu aktivieren.

Das Ergebnis: Anfangs ist das CA3-Netzwerk äußerst dicht und die Verbindungen wirken zufällig. Mit zunehmendem Alter ändert sich die Konfiguration des Netzwerks. Es wird spärlicher, aber zugleich präziser.

„Diese Entdeckung war überraschend“, sagte Peter Jonas. „Intuitiv würde man erwarten, dass ein Netzwerk mit der Zeit wächst und dichter wird. Hier sehen wir aber genau das Gegenteil. Es handelt sich um ein Pruning Model: Anfangs ist es voll, später wird verfeinert und optimiert.“

Effizientes Netzwerk durch Tabula plena?

Warum das passiert, lässt sich zurzeit nur vermuten. Jonas könnte sich aber vorstellen, dass ein zu Beginn sehr weit verzweigtes Netzwerk den Nervenzellen erlaubt, sich schnell und effizient miteinander zu verbinden – ein entscheidender Vorteil im Hippocampus. Denn diese Region speichert nicht nur einzelne visuelle, Geruchs- oder Höreindrücke, sondern verknüpft all diese Informationen miteinander.

„Das ist eine komplexe Aufgabe für die Neuronen“, erklärt Jonas. „Eine anfänglich überschwängliche oder exuberante Konnektivität, gefolgt von einer gezielten Ausdünnung der Verbindungen, könnte genau dabei helfen.“

Wäre das Netzwerk hingegen von Anfang an eine Tabula rasa und müssten sich alle Verbindungen erst neu bilden, wären die Zellen zunächst zu weit voneinander entfernt – effiziente Kommunikation wäre dadurch kaum möglich.

Publikation:

Vargas-Barroso et al. 2026. Developmental emergence of sparse and structured synaptic connectivity in the hippocampal CA3 memory circuit. Nature Communications. DOI: 10.1038/s41467-026-71914-x

Projektförderung:

Dieses Projekt wurde vom European Union’s Horizon 2020 research and innovation programme (ERC Advanced Grants No 692692 GIANTSYN und 101199096 CA3-SYNGRAM an P.J.; Marie Skłodowska-Curie Grant 754411 an V.V.B.; Marie Skłodowska-Curie Grant 101026635 an J.F.W.), dem Fond zur Förderung der Wissenschaftlichen Forschung (P36232-B, PAT4178023, und 10.55776 / CoE16 an P.J.), und der Nomis Foundation (Fellowship an A.N.-O.) unterstützt. V.V.B. erhielt Unterstützung von einem CONACyT fellowship (289638).

Information zu Tierversuchen:

Um grundlegende Prozesse etwa in den Bereichen Neurowissenschaften, Immunologie oder Genetik besser verstehen zu können, ist der Einsatz von Tieren in der Forschung unerlässlich. Keine anderen Methoden, wie zum Beispiel in-silico-Modelle, können als Alternative dienen. Die Tiere werden gemäß der strengen in Österreich geltenden gesetzlichen Richtlinien aufgezogen, gehalten und behandelt. Alle tierexperimentellen Verfahren sind durch das Bundesministerium für Bildung, Wissenschaft und Forschung genehmigt.