News | 06.08.2013 | Drucken | Teilen

Grid cells

Auch Menschenhirne fallen ins Raster

von
Sagittalschnitt durchs Hirn

So genannte Ortszellen im menschlichen Hippocampus kodieren, wie der Name bereits sagt, bestimmte Positionen im Raum: Eine solche Zelle feuert immer dann besonders heftig, wenn ihr Besitzer sich exakt an dem Ort aufhält, auf den sich dieses Neuron spezialisiert hat. Eine verwandte Art von Hirnzellen, deren Existenz bislang nur bei Tieren belegt war, haben nun Forscher um Joshua Jacobs von der Drexel University in Philadelphia bei ihren Probanden nachgewiesen – die so genannten grid cells, auf Deutsch: Raster- oder Gitterzellen.

Auch hier ist der Name Programm. Jede von ihnen spezialisiert sich auf ihr eigenes Raster. Dabei handelt es sich um eine Vielzahl von Positionen, die gleichmäßig über den Raum verteilt sind. Immer wenn man sich an einem Punkt dieses Rasters aufhält, wird sie besonders aktiv. Das hervorstechende Merkmal des Rasters ist seine 60-Grad-Rotationssymmetrie: Um jeden Punkt finden sich sechs Nachbarn mit einem Abstand von jeweils 60 Grad. Dadurch ergibt sich ein Bienenwabenmuster, das den Raum lückenlos abdeckt.

Feuern nach Maß
  Feuern nach Maß
Das einer Rasterzelle zugeordnete Raster wird erkennbar, wenn man wie hier den Laufweg einer Ratte durch eine Arena aufzeichnet (dünne schwarze Linie) und dabei registriert, an welchen Stellen eine Zelle feuert (rote Punkte). Die Aktivität des Neurons steigt stark an, sobald sich das Tier einem Rasterpunkt nähert (dunkelgraue Punkte). Alle diese Punkte sind in einem regelmäßigen Gitter angeordnet.

Da jede Rasterzelle ein leicht verschobenes, rotiertes oder gestauchtes Raster aufweist, dürfte jeder Aufenthaltsort gleich mehreren Rastern angehören und entsprechend viele Neurone zum Feuern bringen. Insbesondere die Entfernung der Punkte zueinander kann stark variieren: Das Forscherteam ermittelte, dass die Distanzen zwischen den einzelnen Punkten in der Realität ein bis sechs Meter betragen können.

Die Existenz der grid cells wurde seit Mitte der 2000er Jahre zunächst an Ratten und später auch an anderen Tieren nachgewiesen. Das Team um Jacobs machte sich nun zunutze, dass manchen Epilepsiepatienten vor einer Gehirn-OP Elektroden eingepflanzt werden, mit denen sich die elektrische Aktivität von einzelnen Zellen aufzeichnen lässt. Diesen Probanden gaben die Wissenschaftler die Aufgabe, Gegenstände in einer virtuellen Welt einzusammeln. Währenddessen zeichneten Jacobs und Kollegen die Aktivität von Zellen in Arealen rund um den Hippocampus auf, jener zentralen Hirnregion also, in der Kurzgedächtnisaufgaben, wie sie für die Navigation wichtig sind, verarbeitet werden.

Die größte Population an Rasterzellen fanden Jacobs und Kollegen im entorhinalen Kortex, einer Hirnstruktur, die am Hippocampus anliegt und dessen Kommunikation mit dem Kortex vermittelt. Hier fanden sich auch schon bei den Tierstudien die Rasterzellen.

Während der Nutzen von Ortszellen für die Navigation intuitiv ersichtlich ist, fällt es Wissenschaftlern immer noch schwer, den genauen Zweck der Rasterzellen dingfest zu machen. Möglicherweise liefern sie anderen Hirnregionen nützliche Informationen, um die Laufgeschwindigkeit zu ermitteln: Je häufiger eine Rasterzelle pro Zeiteinheit feuert, desto schneller hat sich ihr Besitzer entlang dieses Rasters – und folglich auch durch den Raum – fortbewegt.

© Spektrum.de
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