Biochemie molekularer Mechanismen der Gedächtnisbildung nach einer Belohnungsdressur an Cypriniden

Abstract

Die Bildung eines Gedächtnisses kann in zwei Phasen unterteilt werden, die Akquisition einesKurzzeitgedächtnisses und die Fixierung eines Langzeitgedächtnisses. Die Überführung des Erlernten ausdem Kurzzeitgedächtnis in das Langzeitgedächtnis wird als Konsolidierung bezeichnet und ist von derProteinsynthese abhängig. Zur Untersuchung der Gedächtnisbildung an Fischen wurden bisher vorwiegendnegativ verstärkte Meidedressuren eingesetzt. Um möglichst stressarme Bedingungen zur Erforschung derGedächtniskonsolidierung zu schaffen, wurde hier eine stressarme, futterbelohnte operanteFarbunterscheidungsdressur für Goldfische entwickelt. Der Fisch muss dabei eine mit einem rotenFarbsignal versehene, die Belohnung enthaltende Futterbox von drei mit grünem Signal versehenenFutterboxen unterscheiden und anschwimmen. Anders als andere Farbkombinationen brachte nur dieRotdressur, das heißt die Auswahl eines verstärkten roten Signals aus drei grünen, ein zur Erforschung derGedächtnisbildung günstiges Verhältnis von 55 % Lernern gegenüber 45 % Nichtlernern hervor und war fürdie Tiere lange erinnerbar. Mit Hilfe von in-vivo-Inhibierungen wurde die Beteiligung der Proteinbiosynthesean der Gedächtniskonsolidierung nach der Verhaltensakquisition der belohnten operanten Dressur ermittelt.Injektionen von Puromycin in den tectalen Hirnventrikel 30 Minuten nach dem Erlernen derFarbunterscheidung resultierte in einem schlechteren Gedächtnis, wenn die Fische drei Tage später getestetwurden. Puromycin blockierte also die Gedächniskonsolidierung. Die Bildung eines Langzeitgedächtnisseswird teilweise durch Modifikationen synaptischer Verbindungen im ZNS vermittelt. Einige Zelladhäsionsmolekülesind an der synaptischen Plastizität nach dem Lernen beteiligt. Das SubstratadhäsionsmolekülEpendymin unterstützt die Zell-Substrat-Adhäsion und die Steuerung neuronaler Wachstumskegel. Mit Hilfevon Injektionen eines anti-Ependymin-Antikörpers in den tectalen Hirnventrikel sollte die Beteiligung vonEpendymin an der Gedächtniskonsolidierung untersucht werden. Injektionen 30 Minuten nach derVerhaltensakquisition führten zu einer Verschlechterung des Gedächtnisses im Test. Übertrainierte Fische,denen der Antikörper appliziert worden war, wiesen ein normales Erinnerungsvermögen auf. Mit Hilfe einesRadioimmunoassays wurde der Ependymingehalt der extrazellulären Flüssigkeit (ECF) und dercytoplasmatischen Fraktion des Goldfischgehirns 5,5 und 9 Stunden nach der Verhaltensakquisitionuntersucht. 5,5 Stunden nach der Verhaltensakquisition war der Ependymingehalt der ECF von Lernerngeringfügig, nach 9 Stunden war er signifikant höher als derjenige naiver Fische. In der cytoplasmatischenFraktion sank der Ependymingehalt nach 9 Stunden, verglichen mit dem nach 5,5 Stunden, leicht ab, was füreine Umverteilung des Ependymins vom Cytoplasma in die ECF 9 Stunden nach der Verhaltensakquisitionspricht. Mittels der [14C]-2-Desoxyglukosetechnik wurden verschiedene Gehirnregionen auf ihreStoffwechselaktivität während der appetitiven Farbunterscheidungsdressur untersucht. Mittels quantitativerSzintigraphie konnte ein signifikant erhöhter Energieverbrauch im Tectum opticum von Fischen, die dieFarbunterscheidungsdressur erlernt hatten, festgestellt werden. Fische, welche die Aufgabe nicht erlernten,zeigten dagegen nur geringfügige Stoffwechselveränderungen. Die Ergebnisse der vorliegenden Arbeitzeigen eine Abhängigkeit der Gedächtniskonsolidierung von der Proteinbiosynthese, auch nach demErlernen einer stressarmen Belohnungsdressur. Wie schon bei einer aktiven Meidedressur an Zebrafischenfestgestellt, weisen die Ergebnisse auf eine Funktion des Tectum opticum bei assoziativen Lernvorgängenbeim Goldfisch hin. Auch eine Beteiligung des extrazellulären Matrixproteins Ependymin an derGedächtniskonsolidierung nach operanter Farbunterscheidungsdressur konnte nachgewiesen werden.