Eine Maus. Ein Laserstrahl. Eine manipulierte Erinnerung.

Können wir den Inhalt unseres Gedächtnisses überarbeiten? Was nach Science Fiction klingt, haben Steve Ramirez und Xu Liu in ihrem Labor der MIT erforscht. Die beiden schossen Laserstrahlen ins Gehirn einer lebenden Maus und konnten dadurch ihre Erinnerungen aktivieren und manipulieren. In diesem überraschend unterhaltsamen Vortrag erklären sie nicht nur wie, sondern auch weshalb sie dies tun. (Aufgezeichnet am TEDxBoston)

Steve Ramirez: Im ersten Jahr an der Uni

saß ich in meinem Zimmer,

aß eimerweise "Ben & Jerry's"-Eis,

schaute irgendwelchen Schund im TV

und nur vielleicht hörte ich dabei Taylor Swift.

Ich hatte gerade eine Trennung hinter mir.

(Gelächter)

Lange Zeit rief ich mir immer wieder

Erinnerungen an diese Person
ins Gedächtnis

und wünschte, ich könnte
dieses herzzerreißende

graue Gefühl in meinem Inneren loswerden.

Nun bin ich ja zufällig
Neurowissenschaftler

und so wusste ich, dass
die Erinnerung an jene Person

und der furchtbare emotionale
Unterton dieser Erinnerung

von unterschiedlichen Systemen
im Gehirn gesteuert werden.

So überlegte ich: Wie wäre es,
wenn man ins Gehirn eindringen

und dieses widerliche Gefühl herauslöschen,

aber die Erinnerung
an die Person intakt lassen könnte?

Ich merkte aber, dass das für den Moment
etwas viel verlangt ist.

Aber vielleicht könnte man ja
ins Gehirn eindringen

und mit einer einzigen Erinnerung anfangen?

Könnte man diese Erinnerung
wieder zurückholen

und vielleicht sogar mit ihrem Inhalt spielen?

Bei all dem hoffe ich,
dass eine ganz bestimmte Person

diesen Vortrag nicht hört.

(Gelächter)

Es gibt nämlich einen Haken.
Es gibt einen Haken.

Diese Ideen erinnern zwar
an Filme wie "Total Recall",

"Eternal Sunshine of the Spotless Mind",

oder "Inception".

Aber die Stars, mit denen wir arbeiten,

sind die Berühmtheiten aus dem Labor.

Xu Liu: Labormäuse.

(Gelächter)

Als Neurowissenschaftler
arbeiten wir im Labor mit Mäusen

und versuchen zu verstehen,
wie das Gedächtnis funktioniert.

Heute möchten wir Sie davon überzeugen,

dass es wirklich möglich ist,
eine Erinnerung im Gehirn

zu aktivieren –
in Lichtgeschwindigkeit.

Es gibt dabei zwei einfache Schritte.

Zuerst sucht man eine Erinnerung
im Gehirn und markiert sie.

Danach aktiviert man sie mit einem Schalter.

So einfach ist das.

(Gelächter)

SR: Glauben Sie uns nicht?

Ehrlich gesagt, es ist nicht ganz so einfach,
eine Erinnerung im Gehirn zu finden.

XL: Richtig. Es ist sogar viel schwieriger,

als beispielsweise
eine Nadel im Heuhaufen zu finden,

denn bekanntlich ist eine Nadel wenigstens etwas,

das man real anfassen kann.

Die Erinnerung hingegen
kann man nicht anfassen.

Außerdem gibt es viel
mehr Zellen in einem Gehirn

als Strohhalme in einem
typischen Heuhaufen.

Die Aufgabe ist also ein wenig einschüchternd.

Zum Glück hilft uns aber
das Gehirn selbst dabei.

Es zeigte sich, dass wir das Gehirn
nur dazu bringen müssen,

eine Erinnerung zu erschaffen.

Danach zeigt es uns selber, welche Zellen

an genau dieser Erinnerung beteiligt sind.

SR: Was passierte also in meinem Gehirn,

während ich mich an meine Ex erinnerte?

Wenn man die menschliche Moral
mal kurz ignorieren

und mein Gehirn in Scheiben schneiden würde,

könnte man sehen, dass eine unglaubliche Zahl

von Hirnregionen aktiv war,
während ich diese Erinnerung abrief.

Eine Hirnregion wäre dabei besonders aktiv:

Der Hippocampus, von dem man
seit Jahrzehnten annahm,

dass er die Erinnerungen an das,
was uns lieb und teuer ist,

verarbeitet. und dadurch

ist er ein idealer Ort, um nach
einer Erinnerung zu suchen,

die vielleicht reaktiviert werden könnte.

XL: Wenn man in den Hippocampus hineinschaut,

sieht man natürlich eine Menge Zellen,

doch wir können auch sehen, welche Zellen

an einer bestimmten Erinnerung beteiligt sind.

Wenn eine Zelle nämlich aktiv ist,

etwa, wenn sie eine Erinnerung erzeugt,

hinterlässt sie einen Abdruck,
der uns später zeigt,

dass sie kürzlich aktiv war.

SR: Es ist wie ein Gebäude,
dessen Lichter in der Nacht zeigen,

dass dort zu einem bestimmten Zeitpunkt wahrscheinlich jemand arbeitet.

Genauso gibt es biologische Sensoren
in einer Zelle,

die nur dann eingeschaltet sind,

wenn diese Zelle gerade gearbeitet hat.

Diese biologischen
"erleuchteten Fenster" zeigen also,

dass eine Zelle soeben aktiv war.

XL: Wir trennten nun einen Teil dieses Sensors ab

und befestigten ihn an einem Schalter,
der die Zellen kontrolliert

und packten den Schalter dann
in einen modifizierten Virus

und spritzten diesen ins Gehirn der Mäuse.

Wenn nun eine Erinnerung gebildet wird,

werden alle aktiven Zellen dieser Erinnerung

auch mit diesem Schalter ausgestattet sein.

SR: So sieht der Hippocampus
also beispielsweise aus,

nachdem sich eine Erinnerung
an Angst gebildet hat.

Dieses blaue Meer hier

sind dichtgepackte Hirnzellen,

aber die grünen Hirnzellen,

die grünen Zellen sind jene,
die eine spezielle Erinnerung

an Angst in sich tragen.

Wir sehen also hier,
wie die flüchtige Struktur der Angst

kristallisiert wurde.

Dieses Bild ist nämlich
der Querschnitt einer Erinnerung.

XL: Nun zum Schalter, den wir erwähnt haben:

Dieser Schalter sollte sehr schnell reagieren

und nicht Minuten oder
gar Stunden dafür brauchen.

Er sollte so schnell sein wie das Gehirn
und in Millisekunden funktionieren.

SR: Was meinst du, Xu?

Könnten wir zum Beispiel
ein Medikament verwenden,

das die Hirnzellen aktiviert oder deaktiviert?

XL: Nee. Medikamente sind zu chaotisch.
Sie verteilen sich überall.

Außerdem dauert es ewig,
bis die Zellen darauf reagieren.

Damit könnten wir die Erinnerungen
nicht in Echtzeit kontrollieren.

Was meinst du, Steve, vielleicht würde es
mit Stromschlägen funktionieren?

SR: Strom wäre vielleicht schnell genug,

aber es wäre schwierig, damit
genau die Zellen zu treffen,

die eine Erinnerung festhalten

und wahrscheinlich würde
das Gehirn dabei verbrutzeln.

XL: Oh, das stimmt wohl.
Hmm, dann müssen wir eben

eine bessere Methode finden,

die mit Lichtgeschwindigkeit
auf die Hirnzellen wirkt.

SR: Zufälligerweise breitet sich ja Licht
mit Lichtgeschwindigkeit aus.

Vielleicht könnte man also Licht verwenden,

um Erinnerungen zu aktivieren oder deaktivieren.

XL: Das wäre ziemlich schnell.

SR: – und da Hirnzellen normalerweise

nicht auf Lichtpulse reagieren,

würden nur jene auf diese Pulse reagieren,

die einen lichtempfindlichen Schalter besitzen.

Als erstes müssen wir
also Hirnzellen dazu bringen,

dass sie auf Laserstrahlen reagieren.

XL: Jawohl, so ist es.

Wir wollen Laserstrahlen ins Gehirn schießen.

(Gelächter)

SR: Die Technologie, die wir dabei verwenden,
heißt Optogenetik.

Mit Optogenetik wird dieser Schalter hergestellt,

mit dem die Hirnzellen
an- oder abgeschaltet werden.

Dieser Schalter heißt Channelrhodopsin

und ist hier sichtbar
als grüne Punkte an dieser Hirnzelle.

Man kann sich das Channelrhodopsin als
eine Art lichtempfindlichen Schalter vorstellen,

der künstlich in Hirnzellen eingebaut wird,

so dass die Hirnzellen nun
an- und abgeschaltet werden können,

indem man diesen Schalter betätigt

und in unserem Fall wird der Schalter mit Lichtpulsen gesteuert.

XL: Wir befestigen also diesen lichtempfindlichen Channelrhodopsin-Schalter

am Sensor, der vorher erwähnt wurde,

und spritzen das Ganze ins Gehirn.

Wenn jetzt eine neue Erinnerung entsteht,

wird jede aktive Zelle dieser Erinnerung

einen solchen lichtempfindlichen Schalter besitzen,

und wir können diese Zellen

mit einem solchen Laserstrahl kontrollieren.

SR: Probieren wir das doch gleich mal aus.

Wir nehmen also unsere Mäuse

und setzen sie in eine Kiste wie diese hier

und versetzen ihnen einen ganz
leichten Stromschlag am Fuß.

Diese Kiste löst dadurch
eine Erinnerung an Angst aus.

Die Mäuse lernen, dass hier
etwas Schlimmes passiert ist.

Durch unser System werden die Zellen,
die im Hippocampus

an der Entstehung
dieser Erinnerung beteiligt sind,

genau diese Zellen werden nun
das Channelrhodopsin enthalten.

XL Wenn man so klein ist wie eine Maus,

fühlt man sich von der ganzen Welt bedroht

und die beste Verteidigungsstrategie ist,

möglichst nicht entdeckt zu werden.

Wenn eine Maus also Angst hat,

zeigt sie dieses typische Verhalten:

Sie bleibt in einer Ecke der Kiste

und versucht, keinen Körperteil zu bewegen.

Diese Haltung nennt man Erstarrung.

Wenn sich die Maus nun erinnert, dass
in dieser Kiste etwas Schlimmes passiert ist,

und wir sie wieder in die gleiche Kiste setzen,

wird sie mit Erstarrung reagieren,

weil sie von den bedrohlichen Dingen in der Kiste

nicht entdeckt werden will.

SR: Die Erstarrung kann man sich
also etwa so vorstellen,

wie wenn man nichtsahnend
eine Straße entlang geht

und plötzlich, aus dem Nichts heraus,

auf den Ex-Freund oder die Ex-Freundin trifft.

Zwei furchtbare Sekunden lang
wird man überlegen:

"Was soll ich bloß tun? Hallo sagen?

Die Hand schütteln?
Mich umdrehen und wegrennen?

Oder soll ich mich totstellen?"

Durch diese flüchtigen Gedanken wird man
einen Moment wie gelähmt sein

und wie ein Kaninchen vor der Schlange stehen.

XL: Wird die Maus nun aber in
eine total andere Kiste gesetzt,

wie diese hier,

wird sie keine Angst haben,

da sie keinen Grund hat, sich vor
dieser neuen Umgebung zu fürchten.

Doch was geschieht, wenn wir die Maus
in die neue Kiste setzen

und gleichzeitig mit dem Laserstrahl

ihre Erinnerung an Angst aktivieren?

Können wir die Angst-Erinnerung
von der ersten Kiste

in dieser neuen Umgebung wieder hervorrufen?

SR: Hier ist das Millionen-Dollar-Experiment.

Ich erinnere mich genau an den Tag:

ich weiß noch, dass die Red Sox
gerade gewonnen hatten;

es war ein grüner Frühlingstag,

perfekt für einen Spaziergang am Fluss,

und vielleicht einen Abstecher
ins italienische Viertel,

um ein paar Cannoli zu holen, ich sag's nur.

Xu und ich saßen jedoch

in einem fensterlosen, dunklen Raum

und bewegten nicht einmal unsere Augenlider,

weil wir einen Computerbildschirm anstarrten.

Wir schauten diese Maus an und
versuchten zum ersten Mal,

mithilfe unserer Technologie
eine Erinnerung zu aktivieren.

XL: Und das sahen wir:

Als wir die Maus in die Kiste setzten,

begann sie diese zu erforschen;
sie schnüffelte herum,

ging herum, dachte nichts Böses,

denn Mäuse sind von Natur aus

ziemlich neugierige Tiere.

Sie wollen wissen, was
in der neuen Kiste so los ist.

Es ist interessant.

Aber in dem Moment, als wir
den Laser anschalteten – jetzt –

erstarrte die Maus plötzlich.

Sie blieb stehen und versuchte,
sich nicht zu bewegen.

Man sieht die Erstarrung.

Allem Anschein nach konnten wir also wirklich

die Erinnerung an die Angst von der ersten Kiste

in der neuen Umgebung wieder aktivieren.

Während wir dem zusahen, waren Steve und ich

ebenso schockiert wie die Maus.

(Gelächter)

Nach dem Experiment gingen wir also

ohne zu sprechen aus dem Raum.

Nach einer ziemlich langen, unangenehmen Stille

fand Steve seine Sprache wieder.

SR: "Hat das eben funktioniert?"

XL: "Ja", sagte ich.
"Es hat tatsächlich funktioniert!"

Wir waren ganz aus dem Häuschen.

Dann veröffentlichten wir unsere Erkenntnisse

im Journal "Nature".

Seit der Veröffentlichung unserer Studie

erhielten wir unzählige Kommentare

im Internet.

Wir wollen einige davon anschauen.

[OMGGG ENDLICH ... da kommt noch so viel auf uns zu, virtuelle Realität, neurale Manipulation, visuelle Traumnachbildung ... neuronale Kodierung, Schreiben und Neu-Schreiben von Erinnerungen, psychische Krankheiten. Ahhh, die Zukunft ist fantastisch ]

SR: Es ist auffällig, dass
die Leute sehr klare Meinungen

über diese Art Forschung haben.

Nun teile ich den Optimismus
dieses ersten Zitats total,

denn auf einer Skala
von eins bis überirdisch

ist es eine der wohlklingendsten Lobreden,

die uns je begegnet ist.

(Gelächter)

Es gab aber auch andere Meinungen.

[Ziemlich erschreckend ... Was ist, wenn das in ein paar Jahren auch bei Menschen ganz leicht geht? OMG, DIE MENSCHHEIT IST VERLOREN]

XL: Wir sind uns wohl alle einig,
dass das zweite Zitat

dass es irgendwie nicht so positiv ist.

Es erinnert uns aber auch daran,

dass wir zwar jetzt noch mit Mäusen arbeiten,

dass wir uns jetzt schon
Gedanken machen sollten

über die möglichen ethischen Auswirkungen

der Gedächtniskontrolle.

SR: Im Geiste des dritten Zitats

möchten wir nun von einem
anderen Projekt erzählen,

an dem wir kürzlich im Labor arbeitete:
Das Projekt "Inception", also "Beginn".

["Darüber sollte es einen Film geben. Wo sie den Leuten Ideen ins Gehirn einpflanzen und sie für ihre eigenen Zwecke kontrollieren können. Der Titel wird Inception."]

Wir überlegten, dass wir ja nun
eine Erinnerung reaktivieren können –

wie wäre es nun, an dieser Erinnerung
ein wenig herumzubasteln?

Könnten wir vielleicht sogar
eine falsche Erinnerung daraus machen?

XL: Natürlich sind Erinnerungen
differenziert und dynamisch,

aber der Einfachheit halber
stellen wir uns eine Erinnerung

wie einen Filmclip vor.

Bisher haben wir einfach erklärt,
dass wir auf "Play" drücken

und damit den Film abspielen können –

egal wann, egal wo.

Aber besteht auch die Möglichkeit,
dass wir ins Gehirn eindringen

und den Film bearbeiten können,

so dass er anders wird als das Original?

Ja, das können wir.

Eigentlich müssen wir nichts anderes tun

als wie vorher eine Erinnerung
mit Laser zu aktivieren,

doch wenn wir gleichzeitig
neue Informationen haben,

die wir in die Erinnerung einbauen,

wird die Erinnerung verändert.

Es ist etwa wie ein Remix unseres Films.

SR: Und wie können wir das machen?

Wir suchen im Gehirn nicht
nach einer Erinnerung an Angst,

sondern nehmen die Tiere

und setzen sie zum Beispiel in
eine blaue Kiste wie diese hier

und nun suchen wir die Gehirnzellen,
welche die blaue Kiste darstellen.

Nun bringen wir sie dazu,
auf die Lichtpulse zu reagieren,

so wie wir das vorher erklärt haben.

Am nächsten Tag nehmen wir die Tiere

und setzen sie in eine rote Kiste,
die sie noch nicht kennen.

Wir können nun Licht
in ihre Gehirne schießen und dadurch

die Erinnerung an die blaue Kiste reaktivieren.

Was passiert aber nun, wenn wir dem Tier,

während es sich an die blaue Kiste erinnert,

an den Füßen ein paar
leichte Stromschläge verpassen?

Wir versuchen also,
künstlich eine Verbindung

zwischen der Erinnerung an die blaue Kiste

und die Stromschläge herzustellen.

Beides soll verknüpft werden.

Um zu testen, ob wir das konnten,

nehmen wir die Mäuse jetzt wieder

und setzen sie zurück in die blaue Kiste.

Wir haben also gerade die Erinnerung
an die blaue Kiste reaktiviert

und der Maus gleichzeitig einige
leichte Stromschläge verpasst,

und nun erstarrt sie plötzlich.

Das Tier scheint sich zu erinnern, dass es
in dieser Umgebung Stromschläge bekam,

obwohl das so gar nie passiert ist.

Es hat also eine falsche Erinnerung,

weil es sich fälschlicherweise
vor der Umgebung fürchtet,

wo es im Grunde genommen

nie etwas Schlimmes erlebt hat.

XL: Bisher haben wir aber erst gesehen,

wie dieser lichtgesteuerten Schalter
auf "an" gestellt wird.

Wir haben jedoch auch
einen lichtgesteuerten "Aus"-Schalter,

und wir können uns vorstellen,

dass dieser "Aus"-Schalter es möglich macht,

eine Erinnerung abzuschalten –
egal wann, egal wo.

Alles, was wir heute erzählt haben,

basiert auf dem philosophischen
Prinzip der Neurowissenschaft,

dass der Verstand mit
seinen geheimnisvollen Eigenschaften

eigentlich aus Materie besteht,
an der wir herumbasteln können.

SR: Für mich heißt das,

dass ich eine Welt sehe, in der wir

Erinnerungen wiederherstellen können,
wie wir wollen.

Ich sehe auch eine Welt vor mir, in der wir unerwünschte Erinnerungen auslöschen können.

Ich sehe sogar eine Welt,
wo das Überarbeiten von Erinnerungen

eine Realität ist,

weil wir in einer Zeit leben, in der es möglich ist,

Fragen aus der Science Fiction zu pflücken

und sie in der experimentellen
Realität auszuprobieren.

XL: Heutzutage versuchen Leute im Labor

und in anderen Gruppen auf der ganzen Welt

mit ähnlichen Methoden, Erinnerungen
zu aktivieren oder zu bearbeiten.

Alte und neue, positive und negative,

alle Arten von Erinnerungen,

damit wir verstehen,
wie die Erinnerung funktioniert.

SR: Eine unserer Laborgruppen
hat zum Beispiel

herausgefunden, welche Hirnzellen
eine Angst-Erinnerung ausmachen

und wandelte sie in angenehme
Erinnerungen um – einfach so.

Genau das meinte ich mit "überarbeiten".

Ein Typ im Labor schaffte
es sogar, Erinnerungen von

weibliche Mäusen
in männlichen Mäusen zu reaktivieren.

Das soll ja eine eine angenehme Erfahrung sein.

XL: Wir leben wirklich in einer aufregenden Zeit,

in der die Wissenschaft keine
vorgegebene Höchstgeschwindigkeit kennt,

sondern nur von der
eigenen Vorstellungskraft begrenzt wird.

SR: Zum Schluss bleibt die Frage:
Was machen wir aus all dem?

Wie fördern wir diese Technologie?

Diese Fragen sollen nicht einfach

im Labor beantwortet werden,

und deshalb war ein Ziel
dieses Vortrags, Ihnen allen

aufzuzeigen, was mit
der modernen Neurowissenschaft

alles möglich ist,

doch genau so wichtig ist es nun,

dass sich alle an dieser Diskussion beteiligen.

So sollten wir nun gemeinsam überlegen,
welche Bedeutung das alles hat

und was wir damit erreichen können und wollen,

denn Xu und ich glauben, dass da ein
paar wirklich große Entscheidungen

vor uns allen liegen.

Vielen Dank.
Xu: Vielen Dank.

(Applaus)