Die molekularen Grundlagen von Lernen und Gedächtnis

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1 Die molekularen Grundlagen von Lernen und Gedächtnis Uli Müller und Martin Schwärzel Zoologie und Physiologie Mit vielen Milliarden Nervenzellen, die über Billionen von Verbindungen miteinander kommunizieren, ist das Gehirn wohl eines der komplexesten uns bekannten Gebilde. Beim Lesen dieses Artikels sind viele Millionen von Nervenzellen in Ihrem Gehirn aktiv und verschiedene Gehirnbereiche prozessieren unterschiedliche Aspekte, angefangen von der Verarbeitung der visuellen Informationen bis hin zur Bewertung und Assoziation der Inhalte mit bereits bekannten und gespeicherten Informationen. Gleichzeitig lernen wir neue Fakten, die zum Teil wieder im Gedächtnis gespeichert werden. Nahezu alles Wissen, das wir im Laufe unseres Lebens erworben haben, ist erlernt. Dazu gehören sowohl individuelles Wissen durch persönliche Erfahrungen als auch kulturelle Inhalte, die über Generationen weitergegeben werden. Somit prägen Lernen und Gedächtnis wesentlich die Einzigartigkeit eines jeden Menschen. Dies wird besonders bei Gedächtnisverlust deutlich, bei dem der Patient seine Persönlichkeit und die Verbindung zur Umwelt und Mitmenschen verlieren kann. Die Neurowissenschaften haben in den letzten Jahren wesentlich zum Verständnis beigetragen, was im Gehirn vorgeht, wenn Sinneseindrücke verarbeitet werden, wenn wir uns ein Abbild unserer Umwelt machen, oder wenn Gefühle und Emotionen unser Handeln beeinflussen. Besonders die Erforschung der zellulären und molekularen Prozesse beim Lernen und der Gedächtnisbildung, für die sich die Forschergruppe um Professor Uli Müller besonders interessiert, hat enorme Fortschritte gemacht (Kandel, 2001). Es stellte sich heraus, dass die basalen zellulären und molekularen Prinzipien des Lernens bei Schnecken, Insekten und Säugetieren nahezu identisch sind. Im Folgenden geben die Autoren einen kurzen Einblick, wie sie mit Hilfe neuer Methoden und Techniken aktuelle Fragen zu Lernen und Gedächtnisbildung beantworten. Obwohl diese Erkenntnisse derzeit noch reine Grundlagenforschung sind, bilden sie bereits jetzt schon die Basis für pharmakologische Ansätze zur Verbesserung der Gedächtnisfunktion. In Abbildung 1 sind die derzeitigen Vorstellungen der zellulären und molekularen Prozesse bei Lernen und Gedächtnisbildung vereinfacht dargestellt. Bei assoziativem Lernen konvergieren unterschiedliche Eingänge in kleinen neuronalen Netzwerken oder Nervenzellen. In diesen Nervenzellen löst die zeitlich überlappende Aktivierung beider Eingänge molekulare Kaskaden aus, die zur Änderung der synaptischen Übertragung mit anderen Nervenzellen führt. Bei schwachen Eingängen hat dies eine kurzzeitige Veränderung der Reizübertragung zur Folge. Bei entspre- Molekulare Mechanismen des Lernens - Große Fortschritte mit kleinen Gehirnen Bei der Analyse der molekularen und zellulären Grundlagen von Lernen und Gedächtnisbildung spielen neben Nagetieren (Maus, Ratte) vor allem wirbellose Tiere wie Schnecken und Insekten eine zentrale Rolle (Kandel, 2001, Müller und Carew, 1998; Müller, 2000 b). Trotz der geringeren Komplexität der Nervensysteme von Wirbellosen sind diese sehr wohl in der Lage, komplizierte Lernaufgaben zu Lösen und Gedächtnisse zu bilden. Abb. 1: Ereignisse beim Lernen und Gedächtnisbildung. Beim assoziativen Lernen konvergieren zwei Eingänge (CS, konditionierter Stimulus; US, unkonditionierter Stimulus) die zeitlich eng verknüpft sind. Dadurch verändern sich intrazelluläre Signalkaskaden und als Folge die Reizübertragung zu anderen Nervenzellen. Dies entspricht einer kurzzeitigen Informationsspeicherung (Kurzzeitgedächtnis). Der Transfer ins Langzeitgedächtnis erfordert die Aktivierung vieler Signalkaskaden (Filterfunktion) und wird nur durch intensive Eingänge oder wiederholtes Training erreicht. Dadurch wird die Genexpression verändert und es werden Proteine gebildet, die zum Um- und Aufbau neuer Verbindungen (Synapsen) zu anderen Nervenzellen notwendig sind. Damit werden langzeitige Änderungen in der Reizübertragung erreicht die für das Langzeitgedächtnis notwendig sind. 2 Universität des Saarlandes

2 chend starken Reizen gelangen die Signale in den Zellkern und ändern dort die Produktion von Proteinen, die für den Aufbau von Synapsen notwendig sind. Durch die Bildung zusätzlicher Synapsen wird die Reizübertragung langfristig geändert. Diese kurz- oder langzeitigen molekularen Änderungen in einzelnen Nervenzellen verändern das entsprechende neuronale Netzwerk und repräsentieren eine elementare Speichereinheit. Ein Gedächtnis ist in der Regel durch eine große Anzahl dieser kleinen Veränderungen in der synaptischen Übertragung in verschiedenen Gehirnbereichen repräsentiert. Obwohl sich die Gehirne von wirbellosen Tieren und Säugetieren doch enorm unterscheiden, sind die Grundprinzipien der Verschaltung zwischen Nervenzellen, die z.b. für assoziatives Lernen notwendig sind, sehr ähnlich (Abb.1). Von der Komplexität des Gehirns einmal abgesehen sind die molekularen und zellulären Grundlagen neuronaler Abläufe zwischen Würmern, Schnecken, Insekten und Säugetieren weitestgehend konserviert. Drosophila, die winzigen Fruchtfliegen, die man im alltäglichen Leben oft im Obstkorb findet, hat sich bei der Erforschung der biologischen Gedächtnissysteme als sehr hilfreich erwiesen. Die Fruchtfliege besitzt mit dicht gepackten Neuronen ein relativ kleines Gehirn und die anatomischen Vernetzungen sind gut untersucht. Einzigartige genetische und gentechnische Methoden erlauben uns sehr gezielte Eingriffe in dieses Netzwerk und seine molekularen Prozesse. Dieses unübertroffene "genetische Skalpell" nutzen wir zum Beispiel um die Frage zu beantworten, wie Neurone im Gehirn zu Netzwerken verknüpft sind, um die Fähigkeit des assoziativen Lernens hervorbringen zu können (Gerber et al., 2004). Trotz der geringen Größe des Gehirns (Abb. 2) zeigt Drosophila erstaunliche Lernleistungen, die man in einem Verhaltensversuch direkt messen kann. Dazu trainieren wir Tiere auf einen Duft, der entweder mit Zucker belohnt oder mit einem milden elektrischen Schlag bestraft wird. In Abhängigkeit dieser Erfahrung zeigt sich eine mehrere Stunden anhaltende Veränderung im Verhalten: ein Gedächtnis für den trainierten Duft: Wurde der Duft belohnt, wird Abb. 2: Die Pilzkörper im Gehirn von Drosophila. Das konfokale Mikroskop erlaubt die Betrachtung des gesamten Gehirn der Fruchtfliege (oberes Bild, blau). Mit speziellen Antikörpern lassen sich die Pilzkörper als paarige Struktur (oberes und unteres Bild, gelb) gut erkennen, die sich in die Calyx (ca), den Pedunkel (p), die medial Loben (ml) und die vertikalen Loben (vl) gliedern. Prof. Dr. Uli MÜLLER, Studium der Biologie und Promotion an der Albert-Ludwigs-Universität Freiburg. i.br.; Mitarbeiter am Institut für Biologie III der Universität Freiburg und am Institut für Neurobiologie der Freien Universität Berlin; 1998 Habilitation an der FU-Berlin; Heisenbergstipendiat (FU Berlin). Forschungstätigkeiten: Massachusetts Institute of Technology, Cambridge, USA; Yale University, New Haven (USA); University of California, Irvine (USA); University of Texas, Houston Medical School (USA). Seit 2003 Professor an der UdS. Dr. Martin SCHWÄRZEL, Studium der Biochemie an der Martin-Luther-Universtiät Halle/Wittenberg und Ruhr- Universität Bochum, 2003 Promotion an der Bayerischen Julius-Maximillians Universität Würzburg an der University of Columbia-Missouri (USA), 2003 Life Science Fellowship, 2004 Feodor-Lynen Stipendium der AvH. magazin forschung 1/2005 3

3 er im Test bevorzugt gewählt, wohingegen der gleiche Duft vermieden wird, wenn er im Training bestraft wurde. Der Schlüssel zum Verständnis, was auf Netzwerkebene im Gehirn passiert, liegt in der zeitlichen Abfolge der Stimuli während des Trainings begründet. Hier muss der Duft (conditioned stimulus CS), dem die Belohnung bzw. die Bestrafung folgt (unconditioned stimulus US), einige Sekunden vorausgehen und zeitlich überlappend präsentiert werden. Die Fliege lernt dabei, dass der Duft ein verlässlicher Indikator für die Belohnung oder Bestrafung sein kann. Dies führt zu der Änderung des Verhaltens bezüglich des trainierten Duftes, die wir als assoziatives Gedächtnis messen können. Die Konvergenz zwischen Signalen des Duftes (CS) und des Zuckers oder Schocks (als US) muss im Gehirn detektiert werden und ist das primäre Ereignis eines Signalweges, der zur Bildung des Duftgedächtnisses führt (Abb. 1). Zuckerbrot und Peitsche Wo liegen die Unterschiede zwischen Belohnungs- und Bestrafungslernen? Um diese Konvergenzpunkte zu suchen und die Frage zu klären, in welchen neuronalen Netzen Belohnungs- und Bestrafungslernen prozessiert werden, wurden verschiedene Gruppen von Fliegen auf einen Duft trainiert. Die Untersuchung der Lernmutante, Rutabaga, die vor 30 Jahren aufgrund ihres Lerndefekts isoliert wurde, zeigt bei Belohnung mit Zucker bzw. Bestrafung mit Schock ein stark beeinträchtigtes Gedächtnis. Stellt man das "normale" Rutabaga-Protein aber ausschliesslich in den Pilzkörpern wieder zur Verfügung, so rettet dieser gentechnische Einfriff den Lerndefekt. Dieses Ergebnis erlaubt die Lokalisierung der Konvergenzpunkte zwischen Zucker und Duft oder Schock und Duft in der gleichen Struktur: den Pilzkörpern (Abb. 3a). Beide Duftgedächtnisse sind in dieser Struktur abgelegt, doch sie unterscheiden sich in den Botenstoffen, die für ihr Anlegen benötigt werden. Abb. 3: Das belohnte und bestrafte Duftgedächtnis bei Fruchtfiegen. Die Verhaltensanalyse von Mutanten und transgenen Tieren ermöglicht bei Drosophila die Lokalisierung der Duftgedächtnisse nach Belohnung oder Bestrafung. (A) Die Lernmutante Rutabaga zeigt starke Defizite im Gedächtnis. Bei der genetischen Rettung stellen wir die Frage, in welchen Bereichen des Gehirns das mutierte Rutabaga Protein durch die "normale" Form erstetzt werden muss um das Lernen wieder herzustellen. Eine Rettung der Funktion von Rutabaga in den Pilzkörpern ist hinreichend um das Belohnte und bestrafte Duftlernen zu restaurieren. (B) Die Botenstoffe Oktopamin und Dopamin sind bei der Bildung jeweils einer Form (belohnt oder bestraft) des Duftgedächtnisses beteiligt. Mutante Fliegen, denen selektiv Botenstoffe fehlen, zeigen große Unterschiede zwischen Belohnungs- und Bestrafungslernen. Fehlt Drosophila der Botenstoff Oktopamin, führte dies zu einem Verlust des Belohnten, nicht aber des bestraften Gedächtnisses (Abb.3b). Ein Verlust von Dopamin führt dagegen zum umgekehrten Resultat: das bestrafte Gedächtnis ist beeinträchtigt, wobei das Belohnte noch intakt ist. Die Botenstoffe Dopamin und Oktopamin sind in spezifischer Weise für das assoziative Gedächtnis nach Bestrafung 4 Universität des Saarlandes

4 oder Belohnung notwendig (Schwaerzel et al. 2003). Wer spricht wann mit wem? Eine schnelle und reversible Blockierung von Synapsen. Die bisherigen Ergebnisse zeigten, dass verschiedene Teile eines Netzwerkes beim assoziativen Lernen notwendig sind. Nun galt es die Frage zu beantworten, ob diese Nervenzellen während des Trainings, in dem der eigentliche Lernakt erfolgt, oder während des Testes, in dem das angelegte Gedächtnis in Verhalten umgesetzt wird, benötigt werden. Für diese Frage müssen die beiden Phasen - Training und Test - getrennt voneinander manipuliert werden können. Dies ist mit Hilfe eines temperatursensitiven genetischen Werkzeugs in Drosophila möglich. Bei einer Temperatur über 30 C führt jenes zu einer Blockade der Synapsen, den Kommunikationspunkten zwischen einzelnen Zellen des Netzwerkes. Solche Experimente sind nur bei wechselwarmen Tieren wie Insekten möglich, wo die Körpertemperatur und somit die des temperatursensitiven Proteins durch die Umgebungstemperatur schnell geändert werden kann. Das Protein - Shibire - (Kitamoto, 2001), kann gezielt in die verschiedenen Elemente des Netzwerkes geschleust und deren Bedeutung während Training und Test untersucht werden (Abb. 4a) (Schwaerzel et al., 2002). Eine Blockierung der dopaminergen Neuronen während des Lernaktes verhindert die Bildung eines Gedächtnisses über Bestrafung; wohingegen eine Blockierung des dopaminergen Systems während des Tests keine Auswirkungen auf das Gedächtnis hat (Abb. 4b). Die Dopaminsignale sind während des Anlegens, nicht aber während des Auslesens des assoziativen Gedächtnisses notwendig. Dies unterstützt die Hypothese, dass Dopamin während des Lernens US-spezifische Signale vermittelt. Im nächsten Experiment brachten wir den temperatursensitiven Blocker gezielt in die Pilzkörper, dem angenommenen Konvergenzpunkt und Sitz des assoziativen Gedächtnisses. Kommunikation der Neurone des Pilzkörpers mit seinen nachfolgenden Partnern im Lernnetzwerk ist nur während des Testes, also dem Umsetzen des Gedächtnisses in Verhalten notwendig, nicht Abb. 4: Ein schneller Schalter an Synapsen. Das schnelle Ausschalten bestimmter Kontaktstellen im Netzwerk lässt sich mit einem temperatursensitiven Enzym im Minutenbereich bewerkstelligen (A). Die Dopamin-Synapsen sind beim Training nötig und übermitteln hier wohl den Bestrafungsreiz (B). Die Synapsen des Pilzkörper sind beim Test nötig (C). aber um das Gedächtnis zu bilden (Abb. 4c). Diese Befunde zeigen, dass Dopamin und Neurone des Pilzkörpers zu unterschiedlichen Zeiten benötigt werden: Dopamin während des Lernaktes, um das Assoziative Gedächtnis im Pilzkörper anzulegen, und den Pilzkörper selbst, um dieses Gedächtnis in Verhalten umzusetzen. Tatsächlich enthalten die Neurone des Pilzkörpers die entsprechenden Rezeptoren für Dopamin und Oktopamin und werden auch von dopaminergen Neuronen kontaktiert. Die Frage, ob es sich im Pilzkörper um zwei getrennte Netzwerke, eines für das Belohnungs- und eines für das Bestrafungslernen handelt, ist noch zu klären. Das Nadelöhr zum Langzeitgedächtnis Nur sehr wenig von dem, was wir im Laufe unseres Lebens lernen, gelangt wirklich ins Langzeitgedächtnis. Jeder hat jedoch sicher die Erfahrung gemacht, dass die Gedächtnisbildung durch wiederholtes, möglichst ungestörtes Lernen entscheidend verbessert wird. Dieses generelle Phänomen wird bei allen Tierarten und nahezu allen Arten von Gedächtnis beobachtet. Bereits während früher Untersuchungen wurden Signalkaskaden identifiziert, die sowohl bei Drosophila und, wie sich jetzt zeigt, auch bei Säugetieren beim Transfer ins Langzeitgedächtnis eine Schlüsselrolle spielen. Auf dieser Basis suchen derzeit verschiedene Pharmafirmen nach Wirkstoffen, die den Transfer ins Langzeitgedächtnis verbessern, um neuronale Alterskrankheiten wie Alzheimer zu bekämpfen. Inzwischen wird deutlich, dass der Transfer ins Langzeitgedächtnis die Aktivität verschiedener parallel und seriell ablaufender molekularer Prozesse erfordert (Müller, 2002). Wir beschäftigen uns intensiv mit der Erforschung der Bedingungen, die zur Bildung von Langzeitgedächtnis führen, sowie der molekularen Mechanismen, die diesem dynamischen Prozess zugrunde liegen. Dazu verwenden wir hauptsächlich die Honigbiene, deren Verhalten seit über 100 Jahren untersucht wird, und ein Lernparadigma, das robust und einfach zu handhaben ist. Honigbienen bilden nach dem nur wenige Minuten dauernden Training (Paarung eines Duftes mit einer Belohnung) ein lebenslanges Gedächtnis für den gelernten Duft. Das robuste Verhalten zusammen mit der Möglichkeit, die dynamischen Aktivitätsänderungen von molekularen Sigmagazin forschung 1/2005 5

5 nalkaskaden im Bereich von Sekunden bis Tagen nach dem Training in einzelnen neuronalen Netzwerken zu detektieren, macht die Honigbiene zu einem sehr erfolgreichen System (Müller, 2002). Die Identifikation neuer molekularer Signalkaskaden und die Charakterisierung deren Funktion bei der Gedächtnisbildung läuft in drei Schritten ab und ist in Abbildung 5 dargestellt (Müller, 1996, 2000a). Im ersten Schritt werden in Sreeningverfahren Signalkaskaden identifiziert, die für die Bildung von Langzeitgedächtnis notwendig sind. In verhaltenspharmakologischen Experimenten wird dann das genaue Wirkungszeitfenster identifiziert. In den letzten Jahren hat sich herausgestellt, dass diese Prozesse von wenigen Sekunden bis zu vielen Stunden nach dem Lernen ablaufen können; deren Aktivität in diesem definierten Zeitfenster ist zwingend notwendig für den Transfer ins Langzeitgedächtnis. Abbildung 5a illustriert am Beispiel der PKA, einer camp-abhängigen Proteinkinase, dass deren Aktivität spezifisch für die Bildung von Langzeitgedächtnis notwendig ist. In diesem Fall in einem Zeitfenster kurz nach dem Training. Abb. 5: Identifizierung von Signalkaskaden die für das Langzeitgedächtnis notwendig sind. Der Weg zur Entdeckung neuer, für das Langzeitgedächtnis erforderlicher Prozesse wird am Beispiel der Proteinkinase A (PKA)-vermittelten Signalkaskade dargestellt. A) Im ersten Schritt werden Signalkaskaden identifiziert, die spezifisch für die Bildung von Langzeitgedächtnis (3 x Konditionierung) notwendig sind. B) Im zweiten Schritt wird geprüft, ob und wie die entsprechende Signalkaskade durch das Training in vivo aktiviert wird. Im Fall der PKA führt wiederholtes Training zur Verlängerung der Aktivierung im Minutenbereich. C) Im letzten Schritt wird durch das Replay der in B) gemessenen verlängerten Aktivierung in das entsprechende neuronale Netzwerk dessen Relevanz für die Bildung von Langzeitgedächtnis überprüft. Da pharmakologische Eingriffe immer mit unbekannten Nebenwirkungen verbunden sind, wird im zweiten Schritt überprüft, ob die PKA durch ein Training, das zu Langzeitgedächtnis führt, tatsächlich aktiviert wird. Mit von uns etablierten Techniken ist es möglich, bei kleinen Gehirnen (z.b. Biene) in vivo induzierte Änderungen (lerninduzierte Änderungen) von Signalkaskaden mit einer hohen zeitlichen Auflösung zu detektieren. Abbildung 5b zeigt die Ergebnisse einer solchen Messung für einen definierten Gehirnbereich bei der Biene. In diesem Fall induziert ein wiederholtes Training, das zum Langzeitgedächtnis führt, eine Verlängerung der PKA-Aktivierung im Minutenbereich. Im letzten Schritt wird geprüft, ob die gemessene lerninduzierte Verlängerung der PKA-Aktivierung tatsächlich für die Bildung des Langzeitgedächtnisses relevant ist (Abb. 5c). Dazu haben wir Techniken entwickelt, die es ermöglichen, zu definierten Zeiten die gemessenen Aktivitätsänderungen als Playback in das entsprechende Gehirngebiet einzuspielen. Im dargestellten Beispiel führt das bei Trainingsbedingungen, die normalerweise nur ein Kurz- 6 Universität des Saarlandes

6 jetzt die bei der Honigbiene gewonnen Kenntnisse gezielt auf die entsprechende Situation bei Säugetieren übertragen. Diese Strategie ist auch bei den anderen laufenden Projekten zur Funktion von Stress, Motivation und circadianer Rhythmik geplant, wo zuerst die Funktion im Detail an Wirbellosen untersucht wird, bevor diese dann bei Säugetieren überprüft werden. Literatur Abb. 6. Das Nadelöhr zum Langzeitgedächtnis. Einige Signalkaskaden, die für den Transfer ins Langzeitgedächtnis entscheidend sind: Für die Bildung des Proteinsynthese-abhängigen frühen Langzeitgedächtnisses sind unter anderem die durch Stickstoffmonoxid (NO)-vermittelte Aktivierung der Proteinkinase A (PKA) und die Ca 2+ -Calmodulin-abhängige Proteinkinase (CaMKII) notwendig. Die Bildung des späten Langzeitgedächtnisses ist abhängig von Genexpression, der Aktivierung der PKA und der MAPKinase und anderen hier nicht aufgeführten Signalkaskaden. Insgesamt stellen all diese molekularen Prozesse einen Filter dar, der den Transfer ins Langzeitgedächtnis kontrolliert und erschwert. und Mittelzeitgedächtnis bilden, zur Induktion eines Langzeitgedächtnisses. Mit Hilfe dieser Strategie haben wir eine Reihe von molekularen Signalkaskaden identifiziert, die in unterschiedlichen neuronalen Netzwerken ablaufen und für die erfolgreiche Bildung von Langzeitgedächtnis notwendig sind. In Abbildung 6 sind einige dieser Prozesse dargestellt. Für die Bildung von Langzeitgedächtnis müssen alle diese Prozesse perfekt funktionieren; insgesamt wirken sie als Filter, der entscheidet, welche Informationen für lange Zeit gespeichert werden und welche nicht. Warum dieser ganze Aufwand? Warum gibt es so viele Teilschritte bis zum Langzeitgedächtnis? Hier verfolgen wir die Hypothese, dass diese einzelnen molekularen Prozesse möglicherweise von externen und internen Faktoren moduliert werden, die als geregelter Filter entscheiden, welche Information als Langzeitgedächtnis angelegt wird. Ausblick Nachdem wir einen guten Einblick über die dynamischen molekularen Abläufe bei der Bildung von Langzeitgedächtnis unter Laborbedingungen haben, konzentrieren wir uns jetzt auf Fragen, wie externe und interne Faktoren mit der Gedächtnisbildung interferieren. Dazu gehören unter anderem Stress, Motivation, Sättigungszustand, circadiane Rhythmik, hormonelle Faktoren etc. So ist zwar jedem von uns bewusst, dass unsere Lern- und Gedächtnisleistung von etwas ungenau definierten Parametern wie Tagesform und Motivation abhängen, die zugrunde liegenden molekularen Prozesse sind jedoch weitestgehend unbekannt. Es ist unklar, ob die Gedächtnisse erst gar nicht gebildet werden oder ob die Gedächtnisspuren während kritischer Zeitfenster gelöscht werden. Wie bereits erwähnt, gehen wir derzeit davon aus, dass die für den Transfer ins Langzeitgedächtnis notwendigen parallelen Prozesse Angriffspunkte für die externen und internen Faktoren darstellen. So zeigen die ersten Ergebnisse zum Einfluss des Sättigungszustandes (Lernen im gesättigten Zustand), dass bereits während des Trainings parallele molekulare Prozesse verschiedene Langzeitgedächtnisse induzieren (Friedrich et al., 2004) (Abb. 6). Von Interesse ist vor allem, dass wir sättigungsbedingte Effekte auf die Gedächtnisbildung bereits pharmakologisch manipulieren und den Transfer ins späte Langzeitgedächtnis retten können. Um die generelle Bedeutung dieser molekularen Prozesse nachzuweisen, werden Friedrich, A., Thomas, U. and Müller, U (2004) Learning at different satiation levels reveals parallel functions for the camp/pka cascade in formation of long-term memory. J. Neurosci. 24, Gerber B, Tanimoto H, Heisenberg M (2004) An Engram found? Evaluating the evidence from fruit flies. Curr. Opin Neurobiol. 14, Kandel, E.R. (2001) The molecular biology of memory storage: a dialoque between genes and synapses. Science 294, Kitamoto, T (2001) Conditional Modification of Behavior in Drosophila by Targeted Expression of a Temperature-Sensitive shibire Allele in Defined Neurons. J Neurobiol 47, Müller, U. (1996) Inhibition of nitric oxide synthase impairs a distinct form of long-term memory in the honeybee, Apis mellifera. Neuron 16, Müller, U., and Carew, T. J. (1998) Serotonin induces temporally and mechanistically distinct phases of persistent PKA activity in Aplysia sensory neurons. Neuron 21, Müller, U. (2000a) Prolonged activation of camp-dependent protein kinase during conditioning induces long-term memory in honeybees. Neuron 27, Müller, U. (2000b) Signal transduction pathways in well-defined models of learning and memory: Drosophila and honeybee. In Cerebral Signal Transduction: From First to Fourth Messengers (M.E.A. Reith, ed.) Humana Press, p Müller, U. (2002) Learning in honeybees: from molecules to behaviour. Zoology 105, Schwaerzel M, Heisenberg M, Zars T (2002) Extinction antagonizes olfactory memory on the subcellular level. Neuron 35, Schwaerzel M, Monastirioti M, Scholz H, Friggi-Grelin F, Birman S, Heisenberg M. (2003) Dopamine and octopamine differentiate between aversive and appetitive olfactory memories in Drosophila. J. Neurosci. 23, magazin forschung 1/2005 7