Individuals with Fragile X syndrome present with associative learning deficits

Das Gedächtnis wird oft als eine einzige, riesige Bibliothek betrachtet, in der wir alles speichern, was wir jemals gesehen oder gehört haben. Doch Wissenschaftler wissen, dass das Gehirn tatsächlich verschiedene Systeme nutzt, um unterschiedliche Arten von Informationen zu verarbeiten. Ein System hilft uns, ein Gesicht wiederzuerkennen, das wir schon einmal gesehen haben, während ein anderes, komplexeres System dabei hilft, zwei nicht miteinander verbundene Dinge miteinander zu verknüpfen, wie etwa das Gesicht einer bestimmten Person und deren Namen. Dieser Verknüpfungsprozess, bekannt als assoziatives Lernen, ist ein grundlegender Bestandteil dessen, wie wir die Welt navigieren und unser Verständnis von Beziehungen aufbauen. Für Menschen mit dem Fragilen-X-Syndrom, der häufigsten erblichen Ursache für geistige Behinderungen und Autismus, wurde lange Zeit vermutet, dass genau diese Fähigkeit, Verbindungen herzustellen, gestört ist, doch es blieb schwierig, dies genau zu messen. Traditionelle Tests stützen sich oft auf das Lesen von Wörtern oder das Zuordnen von Gesichtern zu Namen – Aufgaben, die für jüngere Kinder oder Menschen mit erheblichen kognitiven Herausforderungen unmöglich sein können, was Forscher ohne ein klares Bild davon zurückließ, wie ihr Gedächtnis tatsächlich funktioniert.

Um dieses Rätsel zu lösen, entwickelten ein Team von Forschern aus Universitäten in Kanada und den USA eine neue Methode, um das Gedächtnis zu testen, die keinerlei Lesen oder Sprechen erfordert. Sie entwickelten ein Online-„Gedächtnisspiel“, das einfache Bilder verwendet. In diesem Spiel werden den Teilnehmern Paare von Bildern gezeigt, die zusammengehören. Später werden sie gebeten, das korrekte Paar aus einer Auswahl herauszusuchen, die vertraute Bilder mit neuen Bildern mischt. Dieser Aufbau ermöglicht es den Forschern, zwei unterschiedliche Fähigkeiten gleichzeitig zu testen: die Fähigkeit, einfach ein Bild wiederzuerkennen, das sie zuvor gesehen haben, und die schwierigere Fähigkeit, sich daran zu erinnern, welches spezifische Bild mit welchem anderen Bild gepaart war. Das Team testete 148 Personen mit typischer Entwicklung und 84 Personen mit dem Fragilen-X-Syndrom, die von Kindern bis hin zu Erwachsenen reichten. Sie führten auch ein paralleles Experiment mit Fruchtfliegen durch, die eine genetische Mutation tragen, die der menschlichen Bedingung ähnlich ist, was es ihnen ermöglichte, denselben Lernprozess in einem kontrollierten biologischen Modell zu beobachten.

Die Ergebnisse zeigten ein klares und konsistentes Muster von Schwierigkeiten bei Personen mit dem Fragilen-X-Syndrom. Als die Forscher die Daten untersuchten, stellten sie fest, dass Männer mit der Erkrankung, sowohl im Kindes- als auch im Erwachsenenalter, bei beiden Aufgaben – den einfachen Wiedererkennungsaufgaben sowie den komplexeren Paarungsaufgaben – signifikant schlechter abschnitten als ihre Gleichaltrigen. Dasselbe galt für Frauen mit dem Fragilen-X-Syndrom im Erwachsenenalter, die ebenfalls Schwierigkeiten hatten, diese Verbindungen herzustellen. Die Studie zeigte, dass dieser Kampf nicht damit zu tun hatte, wie schnell sie auf einen Knopf klicken konnten oder wie schnell sie die Information nach dem Lernen wieder vergaßen. Tatsächlich hielten die Teilnehmer mit dem Fragilen-X-Syndrom, sobald sie eine Verbindung gelernt hatten, diese über die nächsten vierundzwanzig Stunden hinweg genauso gut fest wie die Menschen ohne die Erkrankung. Das Problem lag nicht in der Speicherung des Gedächtnisses, sondern im ersten Schritt des Verknüpfens. Das Gehirn schien Schwierigkeiten zu haben, den ersten Schritt zu vollziehen und die beiden Bilder miteinander zu verbinden.

Dieses Ergebnis spiegelte sich perfekt in den Fruchtfliegen-Experimenten wider. Die Fliegen mit der genetischen Mutation lernten, einen bestimmten Geruch zu meiden, der mit einem leichten Schlag gepaart worden war, aber sie schnitten in jeder Phase des Tests signifikant schlechter ab als normale Fliegen. Genau wie die Menschen mit dem Fragilen-X-Syndrom vergaßen die mutierten Fliegen die Lektion nicht schneller als die normalen Fliegen; sie scheiterten schlichtweg daran, die Assoziation zu Beginn so stark zu lernen. Diese artübergreifende Übereinstimmung deutet darauf hin, dass die Ursache des Gedächtnisproblems tief in der biologischen Maschinerie des Gehirns liegt, speziell in den Strukturen, die für das Knüpfen neuer Verbindungen verantwortlich sind, und nicht in einer allgemeinen Unfähigkeit, Informationen zu behalten.

Die Forscher entdeckten auch, dass die Leistung in diesen Bildspielen eng mit der nonverbalen Intelligenz verknüpft war, einem Maß für die Denkfähigkeit, das nicht von Sprache abhängt. Bei den Männern mit dem Fragilen-X-Syndrom tendierten diejenigen mit höheren Werten in der nonverbalen Intelligenz dazu, besser bei den Gedächtnisaufgaben abzuschneiden, was darauf hindeutet, dass das Spiel ein valider Weg ist, um die kognitive Funktion in dieser Population zu messen. Darüber hinaus stellte die Studie fest, dass Symptome von Aufmerksamkeitsstörungen, wie sie etwa bei ADHS auftreten, mit niedrigeren Werten bei den jüngeren männlichen Teilnehmern verknüpft waren, was darauf hindeutet, dass die Konzentration eine Rolle dabei spielt, wie gut diese Verbindungen geknüpft werden können. Interessanterweise fand die Studie keinen Unterschied in der Leistung zwischen Individuen mit der vollständigen genetischen Mutation und solchen mit einem Mosaikmuster, bei dem einige Zellen immer noch das fehlende Protein produzieren, was darauf hindeutet, dass das Lerndefizit ein Kernmerkmal der Erkrankung ist, unabhängig von der spezifischen genetischen Variation.

Indem sie bewiesen haben, dass die primäre Hürde für Menschen mit dem Fragilen-X-Syndrom der anfängliche Erwerb neuer Assoziationen und nicht der schnelle Verlust alter Informationen ist, bietet diese Forschung einen neuen Weg für klinische Studien. Das „Gedächtnisspiel“ stellt ein Werkzeug bereit, das aus der Ferne eingesetzt werden kann, kein spezialisiertes Personal für die Durchführung benötigt und für Menschen funktioniert, die nicht gut lesen oder sprechen können. Da der Test zwischen der Fähigkeit zu lernen und der Fähigkeit zu erinnern unterscheiden kann, könnte er zukünftigen Arzneimittelstudien helfen zu bestimmen, ob eine neue Behandlung tatsächlich dabei hilft, das Gehirn beim Knüpfen neuer Verbindungen zu unterstützen oder lediglich dabei, diese länger festzuhalten. Zum ersten Mal haben Wissenschaftler einen klaren, zuverlässigen Weg gefunden, um eine spezifische Art von Gedächtnisdefizit zu messen, das so viele Menschen betrifft, und bewegen sich damit weg von bloßem Raten hin zu einem präzisen Verständnis davon, wie das Gehirn eines Menschen mit dem Fragilen-X-Syndrom lernt.