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Geruchsinduzierte Reaktivierung von Gedächtnisinhalten im menschlichen Schlaf

Odor-induced memory reactivations during human sleep

  • Schlaf fördert die Gedächtnisbildung. Nach einem anerkannten Modell beruht der förderliche Effekt des Schlafs auf einer verdeckten Reaktivierung der initial im Hippokampus gespeicherten Gedächtnisspuren während des Tiefschlafs, die durch ihre Reaktivierung in neokortikale Hirnareale zur langfristigen Speicherung transferiert werden. Obwohl die Existenz von Gedächtnisreaktivierungen im Schlaf gut belegt ist, ist bislang ungeklärt, ob diese Reaktivierungen tatsächlich in einem kausalen Zusammenhang zu den Prozessen der Gedächtnisbildung im Schlaf stehen. Zur Klärung dieser Frage habe ich in der vorliegenden Arbeit den Effekt von experimentell induzierten Gedächtnisreaktivierungen im Schlaf auf die Gedächtnisbildung untersucht. Zur Reaktivierung von Gedächtnisinhalten im Schlaf wurde ein während der Lernphase mit den Lerninhalten assoziierter Geruch verwendet. Achtzehn gesunde Probanden lernten sowohl einen deklarativen, den Hippokampus involvierenden als auch einen prozeduralen, weniger hippokampalen Gedächtnistest am Abend unter der Präsenz einen Geruchs, der sich als Kontextstimulus mit den Lerninhalten verbinden sollte. In der darauf folgenden Nacht wurde ihnen während des Tiefschlafs entweder erneut der Geruch oder eine geruchslose Substanz präsentiert. Die Abfrage am nächsten Morgen erfolgte ohne Duftdarbietung. Nach der Nacht mit Duft war die Erinnerungsleistung in dem deklarativen Gedächtnistest signifikant erhöht, im Vergleich zu der Nacht ohne Duft. Der positive Effekt des Geruchs auf die Gedächtnisbildung trat nicht auf, wenn der Geruch während der Lernphase nicht dargeboten wurde, und zeigte sich ausschließlich im Tiefschlaf, nicht dagegen nach einer erneuten Darbietung des Dufts im rapid-eye movement (REM)-Schlaf oder Wachzustand. Die prozedurale Gedächtnisbildung im Schlaf wurde in keinem der Experimente von einer Geruchsdarbietung nach dem Lernen beeinflusst. Die geruchsinduzierten Gedächtnisreaktivierungen im Tiefschlaf hatten keine Effekte auf die mittels der Elektroenzephalographie (EEG) gemessenen Hirnaktivität im Schlaf. Dagegen konnten zusätzliche Experimente unter Verwendung der funktionellen Kernspintomographie (fMRT) zeigen, dass eine erneute Geruchsdarbietung im Tiefschlaf den linken Hippokampus aktiviert, vorausgesetzt der Duft war bereits während der Lernphase präsent. Die Befunde der verbesserten Erinnerungsleistung nach einer experimentell induzierten Reaktivierung der neu enkodierten, hippokampalen Gedächtnisinhalte liefern einen eindeutigen Beleg für den kausalen Zusammenhang zwischen hippokampalen Gedächtnisreaktivierungen im Tiefschlaf und den Prozessen der deklarativen Gedächtnisbildung. Damit bestätigen sie die Kernannahme des Modells der schlaf-abhängigen Gedächtnisbildung durch Reaktivierungen im Tiefschlaf. Zusätzlich liefern die Experimente einen neuen Ansatz zur Untersuchung und Manipulierbarkeit von Gedächtnisreaktivierungen im Schlaf, durch den möglicherweise auch im klinischen oder alltäglichen Kontext positive Ergebnisse auf die Gedächtnisbildung im Schlaf zu erzielen sind.
  • Sleep facilitates memory consolidation. A widely held model assumes that this is because newly encoded memories undergo covert reactivation during sleep. While experimental evidence exists for the presence of memory reactivations during sleep, it was unknown whether these reactivations play a causal role for consolidating memories during sleep. In the present series of studies, I experimentally induced memory reactivations by administering an odor during sleep that was presented as context during prior learning. Odor re-exposure during slow-wave sleep (SWS) improved retention of hippocampus-dependent declarative memories but not of hippocampus-independent procedural memories. Odor re-exposure was ineffective during REM sleep or wakefulness, or when omitting odor during learning. These results show that memory reactivations during SWS indeed play a causal role for consolidating hippocampus-dependent declarative memory during sleep. Concurring with these findings, functional magnetic resonance imaging revealed significant hippocampal activation to odor re-exposure during SWS.

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Metadaten
Author:Björn Rasch
URN:urn:nbn:de:hbz:385-4781
Advisor:Dirk Hellhammer
Document Type:Doctoral Thesis
Language:German
Date of completion:2008/06/24
Publishing institution:Universität Trier
Granting institution:Universität Trier, Fachbereich 1
Date of final exam:2008/04/30
Release Date:2008/06/24
Tag:Gedächtnis; Konsolidierung
Consolidation; Memory; Odor; Reactivation; Sleep
GND Keyword:Erinnerung; Geruch; Lernen; Reaktivierung; Schlaf
Institutes:Fachbereich 1 / Psychologie
Dewey Decimal Classification:1 Philosophie und Psychologie / 15 Psychologie / 150 Psychologie

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