Eine Landkarte im Gehirn

Edvard Moser fand ihn unter seinen entgangenen Anrufen: den Anruf des Stockholmer Nobelpreiskommitees. Erst als er in München aus dem Flugzeug stieg, erfuhr der norwegische Forscher, dass er einer der Nobelpreisträger 2014 für Physiologie sei. Gemeinsam mit seiner Ehefrau und Ko-Gruppenleiterin May-Britt Moser und dem britisch-amerikanischen Forscher John O’Keefe, bei dem die Mosers eine kurze Zeit lang forschten, erhält er den Nobelpreis für die Entdeckung der “Landkarte im Gehirn”.

Bereits 1971 entdeckte John O’Keefe Nervenzellen, die Ratten als Kompass dienen. Er taufte sie “Platzzellen” (englisch: place cells). Läuft die Ratte durch den Käfig, sendet eine Platzzelle ein Signal, wenn die Ratte beim Futterspender steht, während eine andere Platzzelle sendet, wenn die Ratte in der hinteren Käfigecke hockt. Eine Platzzelle feuert also immer dann ein Signal ab, wenn sich die Ratte an einem bestimmten Punkt befindet. An jedem Ort feuert nur eine geringe Zahl an Platzzellen, die sich in einer speziellen Hirnregion, dem Hippocampus, befinden. So kodieren die Signale von nur wenigen Nervenzellen jeden Punkt in der Umgebung.

Nur eine Schaltstelle zwischen Nervenzellen, Synapse genannt, trennt Platzzellen und “Koordinaten-Zellen”. Zwischen der Entdeckung von Platzzellen durch John O’Keefe und der ersten Beschreibung von Koordinaten-Zellen (englisch: grid cells) durch May-Britt und Edvard Moser verstrichen aber über 30 Jahre. 2005 entdeckten die beiden Norweger ein Koordinatensystem im Gehirn von Ratten. Sie zeichneten dafür, ähnlich wie O’Keefe, die Signale auf, die Nervenzellen senden. Anders als O’Keefe konzentrierten sie sich auf Signale von Nervenzellen im sogenannten entorhinalen Kortex. Das “Feuern” von Nervenzellen klingt beim Aufzeichnen wie das Poppen von Popcorn in der Mikrowelle: jedes Signal ist ein “Pop”. Wenn eine Ratte durch eine experimentelle Umgebung läuft, das ist meistens einfach eine Kiste, hörten die Forscher immer wieder ein Pop. An manchen Orten aber “poppte” es ganz besonders häufig, wie wenn das meiste Popcorn im Sackerl aufspringt.

Zeichnen wir an jedem Ort, an dem sich die Ratte befindet, wenn eine Koordinatenzelle am meisten “poppt”, einen Punkt, entsteht rasch ein faszinierendes Muster: die “Pops” konzentrieren sich auf Sechsecke, die sich in regelmäßigen Abständen wiederholen. Alle Koordinatenzellen feuern in diesem sechseckigen Muster. Bei manchen Koordinatenzellen sind die Sechsecke aber größer oder kleiner, nach links oder rechts verdreht, oder näher oder weiter von einander entfernt. Dieses Koordinatensystem legt sich über den ganzen Raum der Ratte: wie der Längen- und Breitengrad jeden Ort der Welt bestimmen, definieren eine Handvoll Koordinatenzellen jeden Punkt in der Umgebung der Ratte.

Ratten haben noch mehr Nervenzellen, die nur an bestimmten Orten oder Positionen Signale senden: “Kopfrichtungszellen” feuern, wenn die Ratte den Kopf in eine bestimmte Himmelsrichtung hält, “Grenzzellen” senden Signale, wenn die Ratte in einem bestimmten Abstand von einer Wand läuft. Platzzellen und Koordinatenzellen bilden, zusammen mit den Kopfrichtungszellen und Grenzzellen, eine “Landkarte” im Gehirn der Ratte. Mit dieser Landkarte hat die Ratte auch im Dunkeln und in einer neuen Umgebung immer eine Darstellung davon, wo sie ist und wohin sie sich bewegt.

Ein ähnliches GPS befindet sich vermutlich auch in unserem menschlichen Gehirn. Edvard Mosers Platzzellen und Koordinatenzellen, die gerade feuerten, als er von seinem Nobelpreis erfuhr, sind wahrscheinlich untrennbar mit Freude verbunden.

Paper von John O’Keefe und Jonathan Dostrovsky:

Paper von May-Britt Moser und Edvard Moser

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