Der Hippocampus ist die Schaltzentrale unserer Erinnerungen. Ohne diese Struktur, die wie ein Seepferdchen im Schläfenlappen jeder Gehirnhälfte liegt, könnten wir kaum neue episodische Erinnerungen bilden. Dort zeigen sich Anzeichen einer Alzheimer-Demenz besonders früh. Schäden im Hippocampus können auch bei verschiedenen Formen der Epilepsie auftreten. Aus diesem Grund bekommen manche Epilepsie-Patienten, denen bisher kein Medikament geholfen hat, zu diagnostischen Zwecken vorübergehend Elektroden in den Hippocampus und seine Nachbarregionen eingesetzt. Viele von ihnen suchen dafür die Epileptologie des Universitätsklinikums Bonn auf, ein führendes Epilepsiezentrum Deutschlands.

In Bonn erforscht Lukas Kunz die Funktionsweise des menschlichen Gedächtnisses. Die Patienten, die Hippocampus-Elektroden tragen, helfen ihm dabei freiwillig, indem sie Gedächtnisaufgaben in virtuellen Umgebungen absolvieren. Dort suchen sie Gegenstände, prägen sich deren Orte ein und versuchen diese später wiederzufinden. Kunz und sein Team zeichnen auf, was währenddessen in einzelnen Nervenzellen ihres Hippocampus geschieht und welche elektrischen Schwingungen dort auftreten. Auf diese Weise kommen sie den zellulären Grundlagen des Gedächtnisses immer näher.

Mit seiner Forschung knüpft Kunz an das Wissen über Orts- und Gitterzellen an, deren Entdecker 2014 mit dem Medizinnobelpreis ausgezeichnet wurden, als er gerade seine Promotion in Angriff nahm. Die Ortszellen des Hippocampus feuern nur dann Salven von Aktionspotentialen ab, wenn wir uns an einem bestimmten Ort unserer Umgebung befinden. Anderswo bleiben sie stumm. Aus dem Zusammenspiel aller Ortszellen konstruiert unser Gehirn eine Karte, die die Frage beantwortet: „Wo bin ich?“ Wie weit und in welche Richtung wir gehen müssen, um woanders hinzugelangen, sagen uns die Ortszellen aber nicht. Diese Aufgabe übernehmen vermutlich die Gitterzellen. Sie befinden sich im entorhinalen Cortex, einem wichtigen Eingangstor zum Hippocampus. Sie feuern an vielen verschiedenen Stellen im Raum, die zusammen betrachtet ein regelmäßiges, sechseckiges Muster bilden. So fungieren sie als wichtige Komponente unseres inneren Navigationssystems.

Der entorhinale Cortex gehört zu den Hirnregionen, die bei der Alzheimer-Demenz bereits sehr früh betroffen sind. In seiner Promotion untersuchte Kunz deshalb, ob sich Veränderungen der Gitterzellfunktion bei Menschen mit erhöhtem Alzheimer-Risiko mittels nicht-invasiver funktioneller Magnetresonanztomographie nachweisen lassen. Er verglich eine genetisch vorbelastete Risikogruppe mit einer unvorbelasteten Kontrollgruppe. Das Resultat: Das Gitterzellsignal war in der Risikogruppe geringer – und das deutlich vor einem eventuellen Krankheitsbeginn. Hierauf aufbauend zeigten spätere Studien, dass räumliche Gedächtnistests als frühe Marker für Verhaltensänderungen bei Menschen in Vorstadien der Alzheimer-Erkrankung dienen könnten.

Seine sechsjährige Postdoktorandenzeit verbrachte Lukas Kunz je zur Hälfte bei Andreas Schulze-Bonhage in Freiburg und bei Joshua Jacobs in New York, die gemeinsam die Funktion von Gitterzellen im episodischen Gedächtnis erforschten. Mit diesem ruft man nicht Faktenwissen ab wie mit dem semantischen Gedächtnis, sondern erinnert sich an persönliche Lebenserfahrungen. In dieser Zeit lernte Kunz, wie man Einzelzellableitungen bei Epilepsie-Patienten vornimmt und die daraus entstehenden Datenfluten bändigt und analysiert. Er identifizierte spezialisierte Nervenzellen, die unser räumliches Gedächtnis unterstützen. Und er entdeckte, dass hochfrequente Schwingungen des Hippocampus die Aktivität von Orts- und Objektzellen koordinieren, wenn unser Gehirn assoziative Zusammenhänge herstellt und speichert.

2023 ermöglichte das Land Nordrhein-Westfalen Lukas Kunz mit Fördermitteln aus seinem Rückkehrprogramm den Aufbau seiner eigenen Forschungsgruppe in Bonn. „Eines Tages würde ich gerne Nervenzelle für Nervenzelle nachvollziehen können, wie wir Erinnerungen codieren, speichern und abrufen“, benennt Kunz seine Vision. Damit könnten auch neue Grundlagen für die Diagnose und Therapie von Gedächtnisstörungen geschaffen werden. „Lukas Kunz zählt zu den wenigen Neurowissenschaftlern weltweit, die ihre Erkenntnisse direkt aus den Gehirnen von Menschen ableiten. Seine Forschung könnte neue Wege zur Therapie neurodegenerativer Krankheiten eröffnen“, sagt Prof. Werner Müller-Esterl, Vorsitzender der Jury des Life Sciences Bridge Award. „Wir möchten ihm mit diesem Preis über die Brücke zu einer unbefristeten Professur helfen.“

Der Life Sciences Bridge Award ist einer der höchstdotierten Nachwuchspreise Deutschlands. Er wird jährlich an drei Nachwuchsforschende vergeben, die an deutschen Universitäten forschen. Sie erhalten jeweils 100.000 Euro. Zehn Prozent davon dürfen sie für persönliche Zwecke nutzen, der Rest ist der Finanzierung ihrer Forschung vorbehalten.

Die Aventis Foundation ist eine unabhängige, gemeinnützige Stiftung mit Sitz in Frankfurt am Main. Sie dient der Förderung von Kunst und Kultur sowie von Wissenschaft, Forschung und Lehre.