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Kognitive und neuronale Dynamik von Gedächtnisprozessen über die Lebensspanne

Wasserturm
© Philipp S. Neundorf

CONMEM

Informationsverarbeitung ist im Gehirn verteilt und erfolgt parallel in kortikalen und subkortikalen Regionen. Mechanismen, die Reifung, Lernen und Seneszenz betreffen, beeinflussen verschiedene Hirnregionen auf multiplen und interagierenden Ebenen, Dimensionen, Zeitskalen und Pfaden. Des Weiteren weisen Verhaltens- und neuronale Befunde darauf hin, dass Gedächtnisfunktionen oszillatorische Interaktionen in einem verteilten Netzwerk u.a. aus präfrontalen (PFC), mediotemporalen (MTL) und parietalen Regionen erfordern. Das übergreifende Ziel dieses Projektes ist die Bereitstellung von mechanistischen und prozessorientierten Erklärungen für entwicklungsassoziierte Veränderungen der Gedächtnisfunktion. Wir wollen Kenntnisse über die dynamischen Abhängigkeiten zwischen Struktur und Funktion erlangen, die dem Zusammenspiel zwischen Gedächtnisprozessen und verwandten neuronalen Mechanismen zugrunde liegen.

Minerva-Gruppe (Leiterin: Myriam C. Sander)

Minerva klein

Altersunterschiede in Gedächtnisrepräsentationen

Diese Forschungsgruppe wurde 2016 von Myriam Sander etabliert. Sie möchte den Lebenszyklus von Erinnerungen in Geist und Gehirn verfolgen, um zu verstehen, wie das Altern Gedächtnisrepräsentationen und -leistungen beeinträchtigt.

Aus neurowissenschaftlicher Perspektive betrachtet sind unsere Erinnerungen in spezifischen verteilten Mustern neuronaler Aktivität verschlüsselt, d.h., diese Muster können als Art “Fingerabdruck des Ereignisses” verstanden werden. Bei der Kodierung von Erinnerungen werden spezifische Repräsentationsmuster geformt (z.B. wenn man eine Person zum ersten Mal trifft). Diese können dann bei späterem Abruf reaktiviert werden (wenn man die Person wiedersieht). Je mehr das reaktivierte Muster dem ursprünglichen ähnelt, desto eher sind wir in der Lage eine spezifische Erinnerung abrufen (es ist einfacher sich an eine Person zu erinnern, wenn man sie in einem ähnlichen Kontext wiedersieht). Um optimale Gedächtnisleistungen zu erzielen, sollten die Muster verschiedener Erinnerungen einander zwar ähnlich, doch gleichzeitig so eindeutig wie möglich sein, während die Muster einer und der selben Erinnerung so ähnlich wie möglich sein sollten. Die Langlebigkeit von Gedächtnisinhalten wird erreicht, indem unser Gehirn in Ruhe- und Schlafphasen neue Muster spontan reaktiviert und somit stärkt.

Wir untersuchen, wie das Altern die Einzigartigkeit und Ähnlichkeit von Erinnerungsrepräsentationen beeinflusst. Wir wollen insbesondere verstehen, inwieweit Veränderungen in der Qualität der Gedächtnisrepräsentationen die Gedächtnisleistung älterer Menschen beeinträchtigt. Außerdem betrachten wir Altersunterschiede in der spontanen Reaktivierung von Erinnerungen während des Wachseins und Schlafens.

Minerva-Team

Myriam C. Sander (Leiterin)

Claudia Wehrspaun (Postdoc)

Anna Karlsson
Verena R. Sommer (Doktorandinnen)

Minerva-Gruppe 2012–2016 (Leiterin: Yee Lee Shing)

Auswirkungen der Umwelt auf die Entwicklung von Gehirn und Kognition

Das übergreifende Ziel dieser Gruppe ist ein besseres Verständnis der Mechanismen, durch die Umweltfaktoren wie der Schuleintritt oder stress-assoziierte soziale Benachteiligung neuronale und behaviorale Entwicklung beeinflussen. Die längsschnittliche HippoKID-Studie untersuchte Kinder, die nahe dem Schuleintrittsstichdatum geboren wurden und entsprechend in einem bestimmten Jahr eingeschult wurden — oder nicht. Das Verhalten der Schulkinder verbesserte sich in Bezug auf kognitive Kontrolle stärker als das der Kindergartenkinder. Die Schulkinder zeigten auch bei Ausführung einer inhibitorischen Kontrollaufgabe eine größere Aktivierung des posterioren parietalen Kortex, einer Hirnregion, die für anhaltende Aufmerksamkeit zuständig ist. Dagegen unterschieden sich die längsschnittlich beobachtete Verbesserungen des episodischen Gedächtnisses nicht unter den beiden Gruppen, was vermuten lässt, dass der Schuleintritt primär die Hirnmechanismen fördert, die Kindern helfen, sich auf kognitiv anspruchsvolle Aufgaben zu konzentrieren. Die laufende Jacobs-Entwicklungsstudie zielt darauf ab, die Rollen von Glukokortikoid und Entzündungssignalen in der Vermittlung von Steressauswirkungen auf die neuronale und behaviorale Entwicklung aufzuklären. Dabei sollen auch Moderatoren auf multiplen Ebenen einschließlich (epi-)genetischer Dispositionen einbezogen werden.

Neue Publikationen

Brod, G., Bunge, S. A., & Shing, Y. L. (2017). Does one year of schooling improve children's cognitive control and alter associated brain activation? Psychological Science, 28, 967–978. doi: 10.1177/0956797617699838
Siehe auch Pressetext

Brod, G., Lindenberger, U., Wagner, A. D., & Shing, Y. L. (2016). Knowledge acquisition during exam preparation improves memory and modulates memory formation. Journal of Neuroscience, 36, 8103–8111. doi: 10.1523/jneurosci.0045-16.2016

Grandy, T. H., Garrett, D. D., Schmiedek, F., & Werkle-Bergner, M. (2016). On the estimation of brain signal entropy from sparse neuroimaging data. Scientific Reports, 6: 23073. doi: 10.1038/srep23073

Keresztes, A., Bender, A. R., Bodammer, N. C., Lindenberger, U., Shing, Y. L., & Werkle-Bergner, M. (in press). Hippocampal maturity promotes memory distinctiveness in childhood and adolescence. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America.

Shing, Y. L., Brehmer, Y., Heekeren, H., Bäckman, L., & Lindenberger, U. (2016). Neural activation patterns of successful episodic encoding: Reorganization during childhood, maintenance in old age. Developmental Cognitive Neuroscience, 20, 59–69. doi: 10.1016/j.dcn.2016.06.003

Team

Myriam C. Sander (Leiterin einer Minerva-Forschungsgruppe)
Markus Werkle-Bergner

Ulman Lindenberger

Yee Lee Shing (Assoziierte Wissenschaftlerin)

Andrew Bender
Attila Keresztes
Claudia Wehrspaun (Postdoktoranden)

Martin Dahl
Anna Karlsson

Beate Mühlroth
Laurel Raffington
Verena R. Sommer (Doktoranden)

Gabriele Faust
Kristina Günther (Forschungstechnische Assistentinnen)

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Für unsere Studien suchen wir interessierte Menschen im Alter von 20 bis 30 sowie 65 bis 75 Jahren. Bei Interesse bitte unter 030–82406-392 (AB) anrufen oder das Kontaktformular verwenden (Stichwort in "Ihre Nachricht": ConMem)

Literatur

Brod, G., Lindenberger, U., & Shing, Y. L. (2016). Neural activation patterns during retrieval of schema-related memories: Differences and commonalities between children and adults. Developmental Science. Advance online publication. doi: 10.1111/ desc.12475

Brod, G., Lindenberger, U., Werkle-Bergner, M., & Shing, Y. L. (2015). Differences in the neural signature of remembering schema-congruent and schema-incongruent events. NeuroImage, 117, 358–366. doi: 10.1016/ j.neuroimage.2015.05.086

Karch, J. D., Sander, M. C., von Oertzen, T., Brandmaier, A. M., & Werkle-Bergner, M. (2015). Using within-subject pattern classification to understand lifespan age differences in oscillatory mechanisms of working memory selection and maintenance. NeuroImage, 118, 538–552. doi: 10.1016/ j.neuroimage.2015.04.038

Sander, M. C., Lindenberger, U., & Werkle-Bergner, M. (2012). Lifespan age differences in working memory: A two- component framework. Neuroscience & Biobehavioral Reviews, 36, 2007–2033. doi: 10.1016/j.neubiorev.2012.06.004

Shing, Y. L., Werkle-Bergner, M., Brehmer, Y., Mueller, V., Li, S.-C., & Lindenberger, U. (2010). Episodic memory across the lifespan: The contributions of associative and strategic components. Neuroscience & Biobehavioral Reviews, 34, 1080–1091. doi: 10.1016/ j.neubiorev.2009.11.002