Wie Erinnerungen überleben, obwohl mehr als die Hälfte aller Synapsen ausgelöscht wird

Stellen Sie sich vor: Mehr als die Hälfte der synaptischen Verbindungen in Ihrem Gehirn verschwindet plötzlich. Ihre Erinnerungen müssten damit doch eigentlich verloren sein, oder? Nicht unbedingt – das zeigt eine verblüffende neue Studie, die im Fachjournal Science veröffentlicht wurde .

Forscher des Okinawa Institute of Science and Technology (OIST) und ihrer Kooperationspartner versetzten Mäuse in einen künstlichen Winterschlaf. Dabei sank die Aktivität im Hippocampus um rund 70 %, und über die Hälfte der dendritischen Dornen (Synapsen) wurden eliminiert . Als die Mäuse wieder aufwachten, erinnerten sie sich dennoch an gelernte Aufgaben wie Furchtkonditionierung und räumliche Navigation. Ihre räumlichen Repräsentationen im Hippocampus erholten sich mit hoher Genauigkeit .

Das war kein Zufall, sondern eine Offenbarung, die eine grundlegende Annahme über die Funktionsweise des Gedächtnisses auf den Kopf stellt.

Die alte Sicht: Starke Synapsen als Schlüssel

Jahrzehntelang beruhte die dominierende Theorie der Langzeitspeicherung auf dem Konzept der Langzeitpotenzierung (LTP). Die Idee war einfach: Lernen stärkt einzelne Synapsen, vergrößert dendritische Dornen. Diese großen, stabilen Synapsen galten als die physische Grundlage des Gedächtnisses – je robuster die Verbindung, desto dauerhafter die Erinnerung .

Im natürlichen Winterschlaf werden viele dieser großen Dornen abgebaut. Nach der alten Sicht hätten die Mäuse mit einer tiefen Amnesie aufwachen müssen. Das taten sie nicht.

„Bisher glaubte man, dass die Stärkung von Synapsen für den Gedächtnisabruf wichtig ist und dass größere, stärkere dendritische Dornen für die Langzeitspeicherung unerlässlich sind“, sagte Studienkoautor Kazumasa Tanaka, Leiter der Memory Research Unit am OIST . „Diese Forschung zeigt jedoch, dass nicht alle Synapsen gleich wichtig sind – das Anordnungsmuster der Engramm-Synapsen ist entscheidend.“

Was Erinnerungen tatsächlich schützt: Die Architektur synaptischer Cluster

Was also überlebte den Abbau? Der entscheidende Faktor war die topologische Organisation der Synapsen innerhalb des Gedächtnis-Engramms – der physischen Spur einer Erinnerung im Gehirn.

Bestimmte Cluster miteinander verbundener Synapsen, die eine ‚übergeordnete Netzwerkarchitektur‘ bilden, blieben während der massiven Eliminierung geschützt. Diese erhaltene strukturelle Konfiguration fungierte als ‚Kern-Gedächtnisspur‘ und erlaubte dem Gehirn, nach dem Aufwachen funktionale Schaltkreise wieder aufzubauen .

„Diese topologische Architektur des breiteren Netzwerks scheint wichtiger zu sein als einzelne stabile Verbindungen“, so Tanaka .

Stellen Sie es sich wie eine Stadt vor: Wenn einzelne starke Synapsen Wolkenkratzer sind, dann ist die Engramm-Architektur das Straßennetz. Man kann einzelne Gebäude abreißen, aber solange der grundlegende Grundriss erhalten bleibt, kann die Stadt wieder aufgebaut werden. Mäuse, die ihre ‚Wolkenkratzer‘ verloren, aber ihr ‚Straßennetz‘ behalten hatten, kehrten ohne Gedächtnisverlust ins funktionale Leben zurück.

Das Experiment: Künstlicher Winterschlaf als Fenster zum Gedächtnis

Das Forscherteam unter der Leitung von Yu-Ju Lin nutzte ein Mausmodell für künstlichen Winterschlaf. Durch die Aktivierung hypothalamischer Q-Neuronen lösten sie eine anhaltende Unterkühlung und Stoffwechselunterdrückung aus – einen Zustand, der dem natürlichen Winterschlaf ähnelt .

Mithilfe bildgebender Verfahren verfolgten sie auf synaptischer Ebene während des winterschlafähnlichen Zustands:

• Die Aktivität im Hippocampus sank um etwa 70 % .
• Mehr als die Hälfte der dendritischen Dornen (Synapsen) wurden eliminiert .
• Die Eliminierung erfolgte unabhängig von der Spiralgröße – große, ‚starke‘ Dornen wurden genauso oft entfernt wie kleinere .
• Eine Untergruppe von Dornen, die an sogenannten Multi-Synapsen-Boutons beteiligt sind – bei denen ein präsynaptisches Terminal mit mehreren postsynaptischen Stellen verbunden ist – blieb bevorzugt erhalten .

Diese erhaltenen Multi-Synapsen-Verbindungen bildeten die Cluster-Architektur, die das Gedächtnis zusammenhielt.

Was dies für das Verständnis des Gedächtnisses bedeutet

Die OIST-Studie reiht sich in eine wachsende Zahl von Arbeiten ein, die die Vorstellung infrage stellen, dass Synapsenstabilität gleich Gedächtnisstabilität bedeutet. Eine Studie von 2014 an Aplysia (Seehasen) zeigte, dass Langzeiterinnerungen überleben können, nachdem ihre synaptische Expression gelöscht wurde . Eine Studie von 2020 in Science zeigte, dass Mikroglia während des normalen Vergessens Synapsen eliminieren . Und eine aktuelle Studie von 2025 in Science fand heraus, dass die Gedächtnisbildung mit Multi-Synapsen-Boutons verbunden war, ohne dass die verbundenen Neuronen gleichzeitig aktiviert wurden – was das Hebb'sche Modell infrage stellt .

Zusammengenommen deuten diese Erkenntnisse auf eine komplexere, netzwerkbasierte Sicht des Gedächtnisses hin: Erinnerungen werden möglicherweise gar nicht in einzelnen Synapsen gespeichert, sondern im Verbindungsmuster über Synapsencluster hinweg – eine Architektur, die umfangreiche Umbauprozesse überstehen kann.

Auswirkungen auf Alzheimer, Hirnverletzungen und mehr

Wenn der Schlüssel zur Gedächtniserhaltung die synaptische Architektur und nicht die individuelle Synapsenstärke ist, hat dies tiefgreifende Auswirkungen auf die Behandlung von Gedächtnisverlust.

Erkrankungen wie Alzheimer, Schlaganfall und Schädel-Hirn-Traumata gehen alle mit weit verbreitetem Synapsenverlust einher. Wenn Therapien darauf abzielen, dieses übergeordnete Clustermuster zu bewahren oder wiederherzustellen – anstatt zu versuchen, einzelne Synapsen zu stärken –, könnten sie wirksamer sein, um die Gedächtnisfunktion zu erhalten.

Interessanterweise ergab eine frühere Studie einer anderen Gruppe, dass eine einzelne Torpor-Aufwach-Sequenz bei Mäusen die Langzeitpotenzierung im Hippocampus steigern und die Gedächtnisleistung in einem Mausmodell der Alzheimer-Krankheit wiederherstellen kann . Dies deutet darauf hin, dass der winterschlafähnliche Zustand des Gehirns sogar therapeutische Wirkungen auf Gedächtnisstörungen haben könnte .

Die Kernbotschaft

Das Gehirn ist weitaus widerstandsfähiger, als wir uns vorgestellt haben. Das Langzeitgedächtnis hängt nicht von einer Sammlung unbesiegbarer Einzelsynapsen ab, sondern von einem widerstandsfähigen Verbindungsmuster – einem strukturellen Bauplan, der die Rekonstruktion auch dann leiten kann, wenn die meisten Verbindungen bereits verloren sind.

Oder wie Tanaka es formulierte: „Die topologische Architektur des breiteren Netzwerks ist das, was wirklich zählt“ .