News: Im Gehirn eines Taxifahrers
Ein Mangel an Orientierung kann nun ungestraft dem Hippocampus des Gehirns in die Schuhe geschoben werden: Dort entdeckten videospielende Forscher die Basis jeder Ortskenntnis.
© Reed Hutchinson and Lynne Olson/UCLA Photographic Services (Ausschnitt)
Was einer Irrgarten durcheilenden Versuchstier-Ratte durch den Kopf schießt, weiß man schon recht genau. Zumindest, wie die Gehirnzellen vorgehen, damit sich das Tier nicht verläuft: Herz des Orientierungssinnes im Kopf des Nagers ist der Hippocampus, eine bei allen Säugetieren vorhandene Gehirnregion inmitten des Großhirns.
Verdrahtet man einzelne Hippocampus-Neuronen mit Messelektroden und schickt die Versuchstiere durch bekannte und unbekannte Terrains, so lässt sich beobachten, dass ihre geografische Orientierung mithilfe einer plastischen Neuralkarte im Hippocampus gelingt. Darin repräsentieren einzelne Neuronen jeweils bestimmten Orte der Umgebung: Je näher das Tier diesem Ort in der umgebenden Realität kommt, desto aktiver regt sich der jeweils zuständige Ortsneuron. Aus dem Aktivitätsmuster der Nervenzellen entsteht so im Kopf der Ratte ein Bild des geografischen Umfelds und der eigenen Position.
Eine Reihe von Studien enthüllte eine bedeutende Rolle des Hippocampus auch für die Ortsorientierung des Menschen. Sie zeigten etwa, dass die Hippocampi von berufsbedingt gutorientierten Londoner Taxifahrern im Durchschnitt größer als die gewöhnlicher Sterblicher sind – und dass, weil offenbar der Hippocampus mit der Schwere seiner Aufgabenlast im wahrsten Sinne des Wortes wächst.
Um die Rolle des Hippocampus für die Ortsorientierung des Menschen näher untersuchen zu können, verbieten sich natürlich den Ratten-Irrgartenexperimenten ähnliche Menschenversuche – nicht nur, weil diese Prozedur wenige Freiwillige motivieren dürfte. Ein Team um Arne Ekstrom von der Brandeis University und Itzhak Fried von der University of California in Los Angeles griffen nun geschickt auf eine dennoch geeignete Klientel menschlicher Kandidaten zurück – und lieferten diesen darüber hinaus spielerische Motivationsanreize.
Als menschliche Versuchskaninchen dienten ihnen – durchaus freiwillig – Patienten, die an regelmäßig wiederkehrenden Epilepsie-Anfällen litten. Um den Fokus ihrer Anfälle im Gehirn bestimmen zu können, waren diese ohnehin mit intracranialen Elektronen verdrahtet und permanent an ein EEG-Überwachungsgerät angeschlossen worden. Kein Grund, sich nicht nebenbei nützlich die Zeit zu vertreiben: Die Wissenschaftler stellten ihren gehirnüberwachten Patienten ein Videospielsystem mit einer Computersimulation zur Verfügung, bei dem sie in die Rolle eines Taxifahrers schlüpften, der in einer zunächst unbekannten Stadtsimulation Fahrgäste an bestimmten Orten abholen und zu anderen hintransportieren sollte.
Dies forderte insbesondere die Orientierungsfähigkeit der Probanden – und damit, wie sich ganz analog zu den Irrgarten-Ratten zeigte, tatsächlich auch insbesondere die Neuronen ihres Hippocampus. Zudem aber identifizierten die Forscher nicht nur funktionelle Hippocampus-Ortsneuronen, sondern auch Nervenzellen, die bereits beim Erblicken einer bestimmten Region aktiv wurden, sowie solche, die spezifisch ein bestimmtes, zu erreichendes Ziel repräsentierten. Anders als die Ortsneuronen lagen die "Sichtungs"-Neuronen dabei zumeist nicht im Hippocampus, sondern im angrenzenden parahippocampalen Cortex.
Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass "das menschliche Navigationssystem einige bewährte Bestandteile nutzt, die wir mitsamt unserer Säugetierverwandtschaft von gemeinsamen Vorfahren übernommen haben", meint Ekstrom. Beim Menschen reagieren einzelne Zellen aber komplexer – etwa in Reaktion auf eine Kombination verschiedener optischer, Orts-, und Zielreize. Ein komplexes System plastischer neuronaler Repräsentation, dass sich vielleicht, so die Forscher, im Zuge der Entwicklung des überlegenen menschlichen Gesichtsinnes herausgebildet hat. Jedenfalls scheint diese System dafür verantwortlich, dass wir nicht nur wissen, wo wir sind – sondern auch warum.
Verdrahtet man einzelne Hippocampus-Neuronen mit Messelektroden und schickt die Versuchstiere durch bekannte und unbekannte Terrains, so lässt sich beobachten, dass ihre geografische Orientierung mithilfe einer plastischen Neuralkarte im Hippocampus gelingt. Darin repräsentieren einzelne Neuronen jeweils bestimmten Orte der Umgebung: Je näher das Tier diesem Ort in der umgebenden Realität kommt, desto aktiver regt sich der jeweils zuständige Ortsneuron. Aus dem Aktivitätsmuster der Nervenzellen entsteht so im Kopf der Ratte ein Bild des geografischen Umfelds und der eigenen Position.
Eine Reihe von Studien enthüllte eine bedeutende Rolle des Hippocampus auch für die Ortsorientierung des Menschen. Sie zeigten etwa, dass die Hippocampi von berufsbedingt gutorientierten Londoner Taxifahrern im Durchschnitt größer als die gewöhnlicher Sterblicher sind – und dass, weil offenbar der Hippocampus mit der Schwere seiner Aufgabenlast im wahrsten Sinne des Wortes wächst.
Um die Rolle des Hippocampus für die Ortsorientierung des Menschen näher untersuchen zu können, verbieten sich natürlich den Ratten-Irrgartenexperimenten ähnliche Menschenversuche – nicht nur, weil diese Prozedur wenige Freiwillige motivieren dürfte. Ein Team um Arne Ekstrom von der Brandeis University und Itzhak Fried von der University of California in Los Angeles griffen nun geschickt auf eine dennoch geeignete Klientel menschlicher Kandidaten zurück – und lieferten diesen darüber hinaus spielerische Motivationsanreize.
Als menschliche Versuchskaninchen dienten ihnen – durchaus freiwillig – Patienten, die an regelmäßig wiederkehrenden Epilepsie-Anfällen litten. Um den Fokus ihrer Anfälle im Gehirn bestimmen zu können, waren diese ohnehin mit intracranialen Elektronen verdrahtet und permanent an ein EEG-Überwachungsgerät angeschlossen worden. Kein Grund, sich nicht nebenbei nützlich die Zeit zu vertreiben: Die Wissenschaftler stellten ihren gehirnüberwachten Patienten ein Videospielsystem mit einer Computersimulation zur Verfügung, bei dem sie in die Rolle eines Taxifahrers schlüpften, der in einer zunächst unbekannten Stadtsimulation Fahrgäste an bestimmten Orten abholen und zu anderen hintransportieren sollte.
Dies forderte insbesondere die Orientierungsfähigkeit der Probanden – und damit, wie sich ganz analog zu den Irrgarten-Ratten zeigte, tatsächlich auch insbesondere die Neuronen ihres Hippocampus. Zudem aber identifizierten die Forscher nicht nur funktionelle Hippocampus-Ortsneuronen, sondern auch Nervenzellen, die bereits beim Erblicken einer bestimmten Region aktiv wurden, sowie solche, die spezifisch ein bestimmtes, zu erreichendes Ziel repräsentierten. Anders als die Ortsneuronen lagen die "Sichtungs"-Neuronen dabei zumeist nicht im Hippocampus, sondern im angrenzenden parahippocampalen Cortex.
Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass "das menschliche Navigationssystem einige bewährte Bestandteile nutzt, die wir mitsamt unserer Säugetierverwandtschaft von gemeinsamen Vorfahren übernommen haben", meint Ekstrom. Beim Menschen reagieren einzelne Zellen aber komplexer – etwa in Reaktion auf eine Kombination verschiedener optischer, Orts-, und Zielreize. Ein komplexes System plastischer neuronaler Repräsentation, dass sich vielleicht, so die Forscher, im Zuge der Entwicklung des überlegenen menschlichen Gesichtsinnes herausgebildet hat. Jedenfalls scheint diese System dafür verantwortlich, dass wir nicht nur wissen, wo wir sind – sondern auch warum.
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