Jucken – Achtung, ansteckend!

Wenn wir nur an Läuse denken, juckt es uns meist schon. Zumindest bei Mäusen ist Juckreiz tatsächlich ansteckend, zeigt eine Studie. Continue reading

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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

Podcast Love

So, John O’Keefe, May-Britt Moser and Edvard Moser got a call from Stockholm yesterday morning. The Nobel Prize in Physiology 2014 is theirs, for the discovery of “the brain’s GPS”, as many like to call it. If you’d like to hear the Mosers themselves talk about their discovery of grid cells, and how they came to study them, this short podcast from the New York Times recorded back in April 2013 is worth listening to. Their enthusiasm is infectious – or how many scientists are likely to describe electrophysiological recordings from the brain as “like popping popcorn in the microwave”?


Science Times Podcast with May-Britt and Edvard Moser

How do we store memories?

If you are a football fan, you probably remember Götze’s title-scoring goal for Germany in Sunday’s world-championship final. If you are not a football fan, you probably remember the pleasant evenings you spent before the football craze set in. The memories are clear before your inner eye, but how do you store them in your brain?

Neuroscientists know that one brain region, called the hippocampus, is our memory storage. However, they have three different theories of how the brain cells, or neurons, in this region can store the memory of Götze’s goal. According to the first theory, one neuron encodes this memory. So this neuron, and only this neuron, sends a signal when you think of Götze scoring – you have a “goal neuron”. The second theory states that many neurons together send signals in a pattern, and this pattern is typical only of your goal memory. But each neuron also contributes to many other memories, like that of the cool beer you drank alongside. Basically, you have a “goal pattern”. The third theory falls in the middle: only a few neurons signal when you think of Götze’s goal, and each neuron also stores a few other memories. But which theory is true?

Psychologists in the US tested this by looking at the brain activity of people recognizing familiar versus new words. The participants in the study were epilepsy patients who wore wire electrodes in preparation for possible surgery, with the aim to find out where in the brain seizures took place. To test how their brains store memory, the researchers gave participants a list of 32 words, which they studied. In the memory test, they were shown 64 words – the 32 from the original list, and 32 new words. The participants were asked to say which ones were “old” words and which ones “new”. Using the electrodes, the research could see the areas of the hippocampus in which neurons sent signals when a new or old word was shown. They found that neurons in some areas signal more often when the participant sees an “old” word rather than a “new” word. For each area, neurons only signal when the participant sees a few “old” words.

This supports the third theory: it is likely that in the hippocampus our memory of Götze’s goal is stored by a group of a few neurons. Each of these neurons, together with a different group of neurons, also stores a few other memories – maybe that of Argentina’s very near misses.

Orginal research paper in PNAS: www.pnas.org/content/early/2014/06/11/1408365111.abstract

Good vibrations?

“Fit in 15 minutes” – just 15 minutes training to get the same results as in a one and a half hours of sweaty workouts – that’s one of the promises of the “vibroplate”, “powerplate” and similar gyms promoting doing exercises on a vibrating plate. “Clever in 15 minutes” might be another claim they are making soon. Researchers in the Netherlands tested whether sitting on a vibrating plate could improve cognition in young, healthy adults. We know that exercise can improve memory, reasoning and problem solving, so-called “executive functions”. However, how can people who are unable to physically exercise reap the same benefits? The researchers tested whether passively sitting on a chair mounted on a vibrating platform – called whole body vibration – could improve executive functions. They found that after two minutes of such whole body vibration, volunteers performed better on a color-word interference test. In this test, participants are shown cards with 20 color names, each printed in one of five colors. However, the ink color of each word is different from the color name. The participants are asked to name the ink color of the word as fast as possible. In the study, participants were quicker in naming the correct ink colors after vibration. But they only improved if they took this test, designed to measure attention and inhibition, immediately after the end of vibrations. They did not improve if another two-minute test, measuring working memory, was done in between. And they also did not score any better on the working memory test.

The researchers suggest that vibrations might stimulate skin receptors that respond to vibrations. They send signals to a region of the brain strongly connected to the prefrontal cortex, which is involved in cognition and the processing of information. However, it is yet to early to add “become Einstein in 15 minutes” to the claims of vibration gyms. The observed improvement only lasts for a short while, less than a minute and only for a specific type of cognition, attention. And the researchers themselves suggest that it is necessary to test how long the vibration sessions have to be, and how often they have to be repeated, to see any strong effects on cognition. But in the long run, whole body vibration might turn out to be clinically relevant, and help people unable to exercise to at least have some of the benefits of going to the gym. For everyone else, the best reason to go to the gym in the meantime probably remains to simply get fit.

Original research paper in PLOS One