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Orientierung: Landkarte im Gehirn umprogrammiert

Spezielle Zellen im Gehirn reagieren jeweils auf einen bestimmten Ort - und sagen uns so, wo wir sind. Aber die innere Landkarte ist nicht so stabil wie gedacht.
Eine junge Frau in blauem Top betrachtet einen traditionellen Stadtplan auf Papier, möglicherweise aus historischem Interesse.

Um sich zu orientieren, legt das Gehirn buchstäblich Landkarten aus spezialisierten Nervenzellen an, von denen jede jeweils an genau einem Ort feuert. Dank dieser neuronalen Karten wissen wir immer, wo wir sind und was um uns herum ist. Bisher dachte man, dass die gesamte Landkarte stabil bleibt, solange wir uns in dieser Umgebung bewegen. Das aber ist wohl falsch. Eine Arbeitsgruppe um Andrea Burgalossi vom Werner Reichardt Centrum für Integrative Neurowissenschaften in Tübingen zeigte jetzt an Mäusen, dass schon einzelne elektrische Impulse an Zellen die Landkarte im Gehirn neu organisieren. Wie sie in »Cell Reports« berichtet, bewirkten bei aktiven Ortszellen einzelne Impulse abseits des ihnen zugewiesenen Orts, dass die Zelle auf den Ort des neuen Impulses programmiert wurde. Das steht im Gegensatz zur bisherigen Annahme, dass Flexibilität überwiegend bei neuen Karten, verknüpft mit neuen Orten, auftritt.

Die Ortszellen, die spezifisch auf spezielle Plätze reagieren – dafür reicht schon unser Wissen, dass wir uns an diesem Ort befinden, ganz ohne Sinneseindrücke –, befinden sich im Hippocampus. Dabei ist nicht eine einzelne Zelle mit einem ganz spezifischen Ort verknüpft; vielmehr bildet sich je nach Umgebung eine eigene innere Landkarte, in deren Kontext die Ortszellen auf bestimmte Orte reagieren. Solange die Karte aktiv sei, so die Annahme, sei die Zuweisung der Ortszellen jedoch fest.

Burgalossi und sein Team erschütterten diese Ansicht, indem sie Mäuse mit implantierten Elektroden frei durch eine kreisförmige Arena laufen ließen und dabei zuerst die typische Aktivität der Ortszellen beobachteten: Jeder Cluster feuerte an dem ihm zugewiesenen Ort. Anders als erwartet war die Zuordnung der Zellen aber teilweise veränderbar, während die Tiere diese spezifische Karte noch nutzten – in etwa 45 Prozent der Fälle ließen sich die Ortszellen durch Impulse dauerhaft umprogrammieren. Auch die Identität der Ortszellen selbst lässt sich auf diese Weise erzeugen: Wenn die Forscher stille Zellen im Hippocampus stimulierten, die zuvor nicht an der »Landkarte« beteiligt waren, feuerten diese anschließend am Ort des Impulses. Sie erzeugten ein »Ortsfeld« und waren damit selbst zur Ortszelle geworden. Ob die Mäuse von dieser Manipulation der inneren Karte etwas mitbekommen, ist bisher nicht bekannt.

16/2018

Dieser Artikel ist enthalten in Spektrum - Die Woche, 16/2018

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