Gehirnforscher mit Orientierung |
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08.10.2014 10:22 Uhr |
Von Christina Hohmann-Jeddi / Der Nobelpreis für Physiologie oder Medizin geht in diesem Jahr an drei Neurowissenschaftler: den Amerikaner Professor Dr. John O’Keefe sowie Professor Dr. May-Britt und Professor Dr. Edvard Moser aus Norwegen. Sie erhalten die Auszeichnung für die Entdeckung von Zellen, die ein Positionierungssystem im Gehirn bilden, das eine Orientierung im Raum ermöglicht.
Wo befinden wir uns? Wie kommen wir von hier zu unserem Ziel? Orientierung und Navigation sind entscheidende Fähigkeiten von Tieren und Menschen. Wie diese Fähigkeiten zustande kommen und welche Gehirnzellen beteiligt sind, haben die drei ausgezeichneten Neurowissenschaftler erforscht. Ihre Arbeiten seien bahnbrechend gewesen, schreibt das Nobelpreis-Komitee zur Begründung. Die Erkenntnisse hätten das Verständnis, wie kognitive Funktionen durch neuronale Netzwerke gesteuert werden, dramatisch verändert. Die Auszeichnung ist mit 8 Millionen Schwedischen Kronen (870.000 Euro) dotiert.
Die Ortszellen
Die erste Komponente dieses neuronalen Positionierungssystems entdeckte O’Keefe bereits 1971: Er beobachtete bei Ratten, dass einzelne Zellen eines bestimmten Zelltyps im Hippocampus immer aktiv waren, wenn sich die Tiere an einer bestimmten Stelle in einem Raum aufhielten. Andere Neurone feuerten, wenn sich die Tiere an anderen Stellen befanden. Daraus schloss der Wissenschaftler, der am University College London tätig ist, dass diese sogenannten Ortszellen (place cells) eine Art Umgebungskarte im Gehirn bilden. Er zeigte, dass eine spezifische Kombination von aktiven Ortszellen eine bestimmte Umgebung repräsentiert, während andere Kombinationen andere Umgebungen darstellten. O’Keefe entdeckte auch, dass diese Kombinationen abgespeichert werden und stabil bleiben und dass den Ortszellen somit auch eine Gedächtnisfunktion zukommt.
Mehr als 30 Jahre später entdeckte das Ehepaar Moser eine weitere Komponente des »inneren GPS« im entorhinalen Cortex, wie es in der Pressemitteilung des Karolinska-Instituts heißt. Diese Hirnstruktur liegt nahe am Hippocampus und versorgt diesen mit Signalen. Im entorhinalen Cortex identifizierten die Mosers nicht nur Ortszellen, sondern auch einen weiteren Zelltyp mit einem anderen Aktivitätsmuster: die Koordinaten- oder auch Gitterzellen (grid cells). Diese bilden ein hexagonales Koordinatensystem, das eine genaue Positionierung und das Navigieren im Raum erlaubt.
Die Koordinatenzellen sind bewegungsabhängig aktiv: Bewegt sich ein Versuchstier in seiner Umgebung und erreicht dabei bestimmte Punkte der Umgebung, feuern einzelne Koordinatenzellen. Diese Punkte sind in einem hexagonalen Muster (Bienenwabenstruktur) angelegt und decken zusammen jeden einzelnen Punkt der Umgebung ab. In weiteren Arbeiten klärten die Mosers auf, wie die Ortszellen im Hippocampus und die Koordinatenzellen sowie weitere Neurone im benachbarten entorhinalen Cortex, die die Kopfausrichtung und die Grenzen des Raumes erkennen, zusammenarbeiten, um eine räumliche Vorstellung und ein räumliches Gedächtnis zu erzeugen.
Klinische Bedeutung
Bei den grundlegenden Arbeiten wurden Mäuse und Ratten untersucht. Mittlerweile ist die Existenz von Orts- und Koordinatenzellen auch für andere Säugetiere bewiesen und zahlreiche Studien weisen auf die Existenz entsprechender Zellen auch beim Menschen hin. Bei den Arbeiten der Nobelpreisträger handelt es sich um Grundlagenforschung, eine klinische Anwendung der Erkenntnisse ist nicht abzusehen. Für die Alzheimerforschung sind die Erkenntnisse aber von Bedeutung: Der Hippocampus ist eine der ersten Strukturen, die bei einer Alzheimer-Erkrankung geschädigt werden, was auch erklären könnte, warum Patienten Orientierungsschwierigkeiten bekommen. Das Wissen über das Navigationssystem könnte auch zu einem besseren Verständnis des kognitiven Abbaus bei Alzheimer-Patienten beitragen. /
