Gitterzellen: Das Navigationssystem im Kopf

Gitterzellen
Um sich in der Welt zurecht zu finden, entwirft unser Gehirn innere Karten von jedem Ort, an dem wir vorbeikommen © Fotolia

Heute wird der Nobelpreis für Medizin verliehen. In diesem Jahr geht die wohl wichtigste Auszeichnung für Wissenschaftler an drei Neuroforscher, die folgende Fragen beantwortet haben: Woher weiß ein Mensch, wo er ist oder wie er sich bewegen muss, damit er an einen bestimmten Ort kommt? Und was passiert, wenn man diese Navigationshilfe im Gehirn ausschaltet? Praxisvita hat die Fakten.

Um sich in einem Raum zu orientieren, entwickelt das menschliche Gehirn mithilfe der sogenannten Ortszellen eine innere Karte von seiner Umgebung. Die einzelnen Ortszellen scannen dafür die Struktur des Umfeldes und reagieren exakt auf die sich ergebende räumliche Struktur. Die Gesamtaktivität aller Ortszellen ergibt schließlich ein Raummuster, das jeweils nur zu einem ganz konkreten Ort passt. Dieses Muster wird im Bereich des Gehirns als Erinnerung gespeichert, der für die räumliche Wahrnehmung verantwortlich ist (Hippocampus) und kann nach Bedarf zur Orientierung abgerufen werden.

Die Entdeckung der Ortszellen

Bereits in den 1960er-Jahren entdeckten Forscher die sogenannten „Ortszellen“. Mehr als 30 Jahre später konnte ein anderes Forscherteam dann die sogenannte „Grid Cell“ (Gitterzelle) nachweisen. Für die Entdeckung und Erforschung dieser beiden Zelltypen bekamen die beteiligten Forscher den Medizin-Nobelpreis 2014 verliehen.

Die Ortszellen sind nur aktiv, wenn ein konkretes Umfeld kartiert oder mit bestehenden räumlichen Erinnerungen verglichen wird – also wenn man einen Ort (wie z.B. die Küche) ansteuern möchte. Die Gitterzellen dagegen sind immer aktiv. Diese Zellen bestimmen ständig die genaue Position des Körpers im Raum. Dabei arbeiten je sechs Gitterzellen zusammen und verorten die Umgebung in einem sechseckigen Raster, um sie räumlich besser erfassen zu können. Diese GPS-Funktion des Gehirns ist deshalb wichtig, weil selbst die beste Karte bei der Orientierung keinen Sinn ergibt, wenn der Ausgangspunkt nicht genau festgelegt ist.

 

Die Beschränkung des Raums

Doch was passiert mit dem Orientierungssinn, wenn man einen dieser zellulären Navigationshilfen im Gehirn ausschaltet? Das fragten sich Forscher der University of California in einer aktuellen Studie. Und um das herauszufinden, manipulierten sie das Gehirn von Raten, sodass deren Gitterzellen nicht mehr aktiv waren.

Durch die Deaktivierung der Gitterzellen verloren die Ratten „ihre räumliche Gedächtnisbildung“, was nach Aussagen von Studienautor Professor Robert Clark „nicht besonders überraschend war“.

Was Gitterzellen mit Alzheimer zu tun haben

Die manipulierten Gitterzellen sitzen vor allem im sogenannten entorhinalen Cortex des Gehirns. Da die Nervenzellen in diesem Bereich auch die ersten im Gehirn sind, die von einer Alzheimererkrankung betroffen sind, sollen die gewonnenen Ergebnisse dabei helfen die Ausbreitung von Demenz-Symptomen im Gehirn besser zu verstehen.

 

Wichtig ist das, was erhalten blieb

Auffällig sei dagegen gewesen, was den Ratten durch diese Manipulation nicht verloren ging. So habe sich gezeigt, dass trotz der „Ausschaltung der Gitterzellen“ gewisse räumliche Funktionen der Ratten aktiv blieben, obwohl dies aus medizinischer Sicht eigentlich unmöglich sein müsste. Beispielsweise bemerkten die Ratten in einem bekannten Raum nach wie vor sofort jede Veränderung – z.B. das Verrücken eines Gegenstandes um einige Zentimeter, in ihrer Abwesenheit.

Die gewonnenen Erkenntnisse werfen nach Darstellung der Forscher einen völlig neuen Blick auf die „Speicherfähigkeit des Gehirns“. Demnach zeige die aktuelle Studie, dass räumliche Erinnerungen „nur durch eine klare Arbeitsteilung verschiedener zellulärer Speicherschaltungen“ entstehen können – Schaltungen, die auch für sich eine Funktion für das Gehirn besitzen. Zudem habe man beweisen können, dass das Gehirn auch ohne Ortsgedächtnis (wie z.B. Gitterzellen) noch in der Lage ist, räumlich verknüpfte Erinnerungen abzurufen.

Hamburg, 12. November 2014

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