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This is an interview conducted by Christiana Dimulescu, creator of Neurofrontiers, a blog on all things neuroscience.
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Interview with Prof. Matthew Larkum
Memory is fundamental to our sense of self. It's what allows us to learn, to adapt, to imagine. But how the brain actually stores memories remains one of neuroscience’s most compelling open questions. In Berlin, dozens of research groups are working together under the umbrella of the SFB1315, a collaborative research center funded by the German Science Foundation focused on understanding the mechanisms of memory consolidation. From flies to birds to rodents to humans, and from molecular pathways to theoretical models, the SFB approaches the problem across species and scales.
As it enters its third funding phase, the centre is also launching a new outreach initiative to make this research accessible through a series of interactive podcasts featuring some of the most prominent memory researchers in the world. We sat down with Prof. Matthew Larkum, spokesperson of the SFB1315 and professor of Neuronal Plasticity at Humboldt University, to talk about the science, the collaboration, his own journey into the field, and why engaging the public is a vital part of the project.
“I was always interested in the brain.”
To understand the science, it helps to understand the scientist. So we began with a simple question: how did it all start?
“Because I was always interested in the brain, I went to the professor of neurobiology and asked if I could come to his lab after I finished my undergraduate studies and he said ‘Yes, but don't do biology, do something with mathematics and hard science because you can pick up the biology later.’ He himself was an engineer. So I started at Sydney University in Australia, doing Computer Science.”
“Then I did an Honours in Physiology. And just as I was starting my PhD with this professor, my wife wanted to go and study the violin in Switzerland. So I transferred my PhD to a Swiss laboratory. And that's how we ended up in Europe. We were initially going for two years and we've never gone back.”
It wasn’t the Alps that convinced him to stay though. During his time in Switzerland, Prof. Larkum began recording from networks of neurons, a step that ultimately led him to a post-doc in Germany at the Max Planck Institute in Heidelberg with patch-clamp pioneer Bert Sakmann. There, he targeted the dendrites of cortical pyramidal neurons and became interested in how individual neurons transform input into output. It was, as he puts it, a computational question hiding in plain sight.
“The computation of single neurons is extremely, extremely complex because it's not as in most models of the brain or in artificial intelligence. There you have a very simplified model of a neuron. It's basically got no dendrites, it just counts the number of inputs and if it reaches a threshold, it gives an output. But it turns out that the dendrites themselves have their own kinds of action potentials and they're very active and nonlinear.”
“Basically, any input that comes to the top has almost no influence on the bottom. And you would think, ‘Well, why have this architecture then?’”
The interest in memory followed from the realisation that dendritic properties had a special influence on memory. Following his post-doc, Prof. Larkum started his own lab in Switzerland and was eventually offered the Neuronal Plasticity professorship in Berlin. Throughout his career he continued to investigate the influence of complex neurons on cognition. This led to his now central theory: that memory isn’t just stored in connections between neurons, but is shaped by how information flows within individual neurons themselves. This dendritic integration theory suggests there might be a generative aspect to memory, closer to prediction than to storage.
Cortical pyramidal neurons all share a similar shape: “They all look a bit like an oak tree with a base, with roots, a long, long trunk, and a canopy of branches at the top.” The canopy, as Prof. Larkum calls it, sits at the very top of the cortex, right below the skull, and it's unusually devoid of cell bodies. And that's not the only strange thing. “It's unusual to see a great density of long-range projecting wires in the cortex because most of the connections are nearby. So there's this strange thing going on that the canopies of all of these neurons are receiving a whole lot of long-range input.… Basically, any input that comes to the top has almost no influence on the bottom. And you would think, ‘Well, why have this architecture then?’”
As it turns out, this peculiar architecture may be the key to something powerful. The tree-like structure allows single neurons to separately process two streams of information: external sensory input at the base; and internal signals, predictions or memories, at the top, in the canopy. These internal inputs, many of which come from memory-related regions like the hippocampus, appear to play a crucial role in learning: when they’re blocked, learning itself is disrupted. At the same time, because both streams enter the same neuron, they can also be integrated in a complex, nonlinear way, enabling the neuron to compare incoming sensory data with stored internal models. In Larkum’s view, this dendritic integration is central not only to memory, but to how we learn, adapt, and maintain a stable sense of the world.
“We devised an experiment that was only possible because of the collaborative kind of nature of Berlin.”
But much of this work wouldn’t have been possible without the collaborative spirit of Berlin’s research landscape. The city has a long and rich history of memory research, stretching back to Hermann Ebbinghaus and beyond. In that sense, the SFB1315 is both a natural continuation of this tradition and a leap forward. “When the time came to design a collaborative research centre, it was, from my point of view, the obvious topic for Berlin to carry on this work on memory research.”
Even before SFB1315 was established, researchers across institutions like Humboldt-Universität, Charité and TU Berlin were already investigating memory consolidation from different angles. The SFB1315 brought these efforts together, building on an existing foundation of infrastructure, expertise and shared curiosity, and uniting basic research and theory, across species and methods, under one collaborative framework.
“In computational terms [there's] a generative aspect to memory consolidation.… And this fits very much with the architecture of the cortex and these trees that have two regions and the fact that so much really important information that's internal is going to the top of the tree.”
The project, launched in 2018, is now nearing the end of its second funding period and preparing for its third and final phase, twelve years being the maximum duration for a collaborative research centre. Reflecting back on the SFB's accomplishments, Prof. Larkum says: “The most exciting thing about the seven years so far is that I think we've been able to have a big influence on the understanding of the term ‘systems memory consolidation’.”
For decades, the field was shaped by the famous case of Henry Molaison (H.M.), a patient whose hippocampus was surgically removed, leaving him unable to form new memories. This led to an entire paradigm focused on understanding memory consolidation as a transfer of information between the hippocampus and the cortex. “In psychology, but also in neuroscience, people are looking for which information is going where.”
“Memory becomes nothing less than the expectations you have on the basis of prior experiences.”
But the SFB has contributed to a shift in that narrative and to a more nuanced view of memory consolidation. “What's being understood now, not just by our consortium, but around the world, is that there's a big influence of prior information on the consolidation of new information, and that it's actually a refinement of information. So there's not so much a transfer of information as a specialised, criterion-dependent stabilisation of the very regions that were responsible for the ‘thoughts’ in the first place.”
“I think it's a topic that the public immediately identifies with on many levels.”
This evolving view of memory, as refinement rather than transfer, has implications far beyond the lab. It reshapes how we think about learning, development and even identity. Yet the story remains largely unknown to the wider public. “On the one hand, there's a natural interest by the public,” Larkum says. “Then again, when you watch a Hollywood movie you get the feeling that one day we will be programming people by changing their memories. But we're nowhere near that.”
Bridging this gap is what motivated the SFB’s new outreach initiative, an ambitious ten-part podcast series planned for the final funding period. These conversations will go beyond the lab, addressing memory not just as a biological process, but as something intrinsically human: essential to who we are, vulnerable to disease and increasingly relevant in an age of digital and artificial memory.
Each episode will be recorded as a live event in Berlin, with the public invited to ask questions and shape the conversation. Recordings will be made freely available online, ensuring lasting access.
“You could imagine having a public event in a memorial part of the Tiergarten park, talking about the way memories are kept over centuries.”
The podcast is envisioned as a kind of homecoming: a return of people, ideas and insights to Berlin, a city with a rich and complex memory of its own. Some episodes may even be recorded in historically significant locations, grounding the science in the fabric of the city.
Still, turning this vision into reality won’t be without hurdles. “There’s a natural interest by the public, but it’s hard to get the information out. Scientists are not very good at this.” That’s why the public-facing conversations will be led by a professional presenter skilled at making complex ideas accessible.
Ensuring that these ideas reach beyond the usual academic or media bubbles is another challenge. “If you try to manage this such that it only goes to one section of society, then it doesn’t have the influence it ought to have.”
Yet the aim remains clear. “We want this to be a legacy project,” Prof. Larkum emphasises. “A project that started with the collaborative research centre, but continues after its end and really defines Berlin as a place where we started dreaming about what is possible on the topic of memory research.”
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Interview mit Prof. Matthew Larkum
Dieses Interview wurde von Christiana Dimulescu geführt, der Gründerin von [Neurofrontiers](https://neurofrontiers.blog/
Das Gedächtnis ist zentral für unser Selbstverständnis. Es ermöglicht Lernen, Anpassung und Vorstellungskraft. Wie das Gehirn Erinnerungen tatsächlich speichert, zählt jedoch nach wie vor zu den spannendsten offenen Fragen der Neurowissenschaft. In Berlin arbeiten Dutzende Forschungsgruppen unter dem Dach des SFB1315 zusammen – eines von der Deutschen Forschungsgemeinschaft geförderten Verbundes, der die Mechanismen der Gedächtniskonsolidierung erforscht. Vom Fliegengehirn bis zum Menschen, von molekularen Signalwegen bis zu theoretischen Modellen betrachtet der SFB das Thema über Spezies- und Grössenskalen hinweg.
Mit Beginn der dritten Förderphase startet das Zentrum zudem eine neue Outreach-Initiative: eine Podcast-Reihe, in der führende Gedächtnisforscherinnen und -forscher ihre Arbeit einem breiten Publikum näherbringen. Wir haben uns mit Prof. Matthew Larkum, Sprecher des SFB1315 und Professor für Neuronale Plastizität an der Humboldt-Universität, über die Wissenschaft, die Kooperation, seinen eigenen Werdegang und die Bedeutung der Öffentlichkeitsarbeit unterhalten.
„Ich habe mich schon immer für das Gehirn interessiert.“
Um die Wissenschaft zu verstehen, hilft es, den Wissenschaftler kennenzulernen. Also begannen wir mit der Frage: Wie fing alles an?
„Weil ich mich schon immer für das Gehirn interessierte, ging ich zu meinem Neurobiologie-Professor und fragte, ob ich nach dem Studium in seinem Labor arbeiten könne. Er sagte: ‘Ja, aber mach nicht Biologie. Studiere etwas mit Mathematik und harter Naturwissenschaft, Biologie kannst du später nachholen.’ Er selbst war Ingenieur. Also begann ich in Sydney Computerwissenschaften zu studieren.“
„Danach machte ich einen Honours-Abschluss in Physiologie. Kurz bevor ich meine Promotion bei diesem Professor begann, wollte meine Frau in der Schweiz Violine studieren. Also wechselte ich an ein Schweizer Labor. So kamen wir nach Europa. Geplant waren zwei Jahre – wir sind nie zurückgekehrt.“
Nicht die Alpen hielten ihn letztlich dort. In der Schweiz begann Prof. Larkum, von Netzwerken aus Neuronen abzuleiten – ein Schritt, der ihn an das Max-Planck-Institut in Heidelberg zu Patch-Clamp-Pionier Bert Sakmann führte. Dort untersuchte er die Dendriten kortikaler Pyramidenzellen und fragte sich, wie einzelne Neurone Eingaben in Ausgaben umwandeln – eine rechnerische Fragestellung, die lange übersehen wurde.
„Die Rechenleistung einzelner Neurone ist extrem komplex. In vielen Modellen des Gehirns oder der künstlichen Intelligenz nutzt man stark vereinfachte Zellen ohne Dendriten, die lediglich Eingaben zählen und ab einer Schwelle feuern. Tatsächlich besitzen Dendriten eigene Aktionspotenziale, sind hochaktiv und nicht-linear.“
„Jeder Reiz, der oben ankommt, hat fast keinen Einfluss unten. Da fragt man sich: Warum gibt es diese Architektur überhaupt?“
Das Interesse am Gedächtnis entstand, als klar wurde, dass dendritische Eigenschaften einen besonderen Einfluss darauf haben. Nach seiner Post-Doc-Zeit gründete Prof. Larkum ein eigenes Labor in der Schweiz und erhielt später den Ruf nach Berlin. Seither untersucht er, wie komplexe Neurone kognitive Prozesse prägen. Daraus entstand seine zentrale Theorie: Erinnerungen sind nicht nur in Verbindungen zwischen Zellen gespeichert, sondern werden durch den Informationsfluss innerhalb einzelner Neurone geformt. Diese Dendriten-Integrations-Hypothese sieht Gedächtnis eher als Vorhersage denn als Ablage.
Kortikale Pyramidenzellen ähneln „einer Eiche mit Wurzeln, langem Stamm und einer Krone“. Die Krone liegt direkt unter dem Schädel und enthält kaum Zellkörper. „Es ist ungewöhnlich, so viele langreichweitige Fasern in der Krone zu sehen, denn die meisten Verbindungen sind lokal.… Elektrisch betrachtet ist das enorm: Signale, die ganz oben eintreffen, erreichen den Ausgang kaum. Warum also dieses Design?“
Die baumartige Struktur erlaubt es einem Neuron, zwei Informationsströme getrennt zu verarbeiten: sensorische Eingaben an der Basis und interne Signale – Vorhersagen oder Erinnerungen – in der Krone. Viele dieser internen Signale stammen aus hippocampalen Regionen; blockiert man sie, stockt das Lernen. Da beide Ströme in derselben Zelle zusammenlaufen, können sie nicht-linear integriert werden. Für Larkum ist diese Dendriten-Integration zentral für Gedächtnis, Lernen und ein stabiles Weltbild.
„Wir konnten ein Experiment nur dank der kooperativen Berliner Forschungslandschaft durchführen.“
Berlin hat eine lange Tradition in der Gedächtnisforschung, von Hermann Ebbinghaus bis heute. Der SFB1315 führt diese fort und geht zugleich neue Wege. „Als wir ein SFB-Thema suchten, war für mich klar, dass Berlin damit weitermachen muss.“
Schon vor Gründung des SFB untersuchten Gruppen an HU, Charité und TU Berlin Gedächtniskonsolidierung aus verschiedenen Blickwinkeln. Der Verbund brachte sie zusammen, bündelte Infrastruktur, Expertise und Neugier und vereinte Grundlagenforschung und Theorie über Spezies und Methoden hinweg.
„Rechnerisch hat Gedächtniskonsolidierung etwas Generatives… Das passt zur Architektur des Cortex mit seinen zwei Dendriten-Zonen und der vielen internen Information, die oben eintrifft.“
Gestartet 2018, steht das Projekt kurz vor der dritten Förderperiode – zwölf Jahre sind für einen SFB das Maximum. „Das Spannendste ist, dass wir den Begriff ‘Systems Memory Consolidation’ stark beeinflusst haben.“
Über Jahrzehnte prägte der Fall Henry Molaison (H.M.) die Sicht auf Gedächtnis: Nach Entfernung des Hippocampus konnte H.M. keine neuen Erinnerungen bilden, woraus man eine Informationsübertragung vom Hippocampus zum Cortex schloss. „Viele fragen bis heute: Welche Information geht wohin?“
„Gedächtnis ist nichts anderes als Erwartungen, die auf früheren Erfahrungen basieren.“
Der SFB trägt dazu bei, dieses Bild zu verfeinern. „Heute erkennt man weltweit, dass Vorwissen die Konsolidierung neuer Information stark beeinflusst. Konsolidierung ist eher eine kriteriumsabhängige Stabilisierung der Netzwerke, die den Gedanken überhaupt erzeugt haben.“
„Das Thema spricht die Öffentlichkeit auf vielen Ebenen sofort an.“
Dennoch kennt die breite Bevölkerung diese Erkenntnisse kaum. „Einerseits besteht grosses Interesse, andererseits vermitteln Hollywood-Filme, wir könnten eines Tages Menschen per Knopfdruck neue Erinnerungen einpflanzen – davon sind wir weit entfernt.“
Um diese Lücke zu schliessen, plant der SFB eine zehenteilige Podcast-Reihe. Sie beleuchtet Gedächtnis als biologischen Prozess und als etwas zutiefst Menschliches – essenziell für Identität, anfällig für Krankheit und relevant im digitalen Zeitalter.
Jede Folge wird als Live-Event in Berlin aufgezeichnet; das Publikum kann Fragen stellen und die Diskussion mitgestalten. Die Aufnahmen werden kostenlos online verfügbar sein.
„Man könnte sich vorstellen, im Tiergarten an einem Mahnmal über den Umgang mit Erinnerungen über Jahrhunderte zu sprechen.“
Der Podcast ist als Heimkehr von Menschen, Ideen und Einsichten nach Berlin gedacht – eine Stadt mit komplexem Gedächtnis. Einige Folgen könnten an historisch bedeutsamen Orten aufgezeichnet werden und die Wissenschaft im Stadtgewebe verankern.
Doch das Vorhaben birgt Hürden. „Das Interesse ist da, aber Informationen hinauszutragen ist schwer; Wissenschaftler sind darin nicht sonderlich gut.“ Daher übernimmt ein professioneller Gastgeber die öffentlichen Gespräche.
Eine weitere Aufgabe ist, über akademische und Medienblasen hinauszuwirken. „Wenn man das nur an eine Bevölkerungsgruppe richtet, verfehlt es seine Wirkung.“
Das Ziel bleibt klar. „Wir wollen ein Vermächtnis schaffen – ein Projekt, das mit dem SFB begann, nach dessen Ende weiterlebt und Berlin als Ort definiert, an dem wir begonnen haben, gross zu denken, wenn es um Gedächtnisforschung geht.“
