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Navigation: Lernt das Gehirn Routen am besten rückwärts?

Wartet am Ende eines Wegs eine tolle Belohnung, spult das Hirn die Erinnerung an diesen Weg zur Festigung offenbar bevorzugt rückwärts ab. Warum es das tut, lässt Forscher allerdings noch rätseln.
Maus mit Käse im Labyrinth Laden...

Schon seit geraumer Zeit versuchen Forscher zu verstehen, was genau im Gehirn vor sich geht, wenn wir uns orientieren. Wie schaffen wir es, auch komplizierte Wege in kürzester Zeit auswendig zu lernen und zu bestimmten Landmarken immer wieder zurückzufinden? Ein neues Puzzleteilchen in diesem Mosaik hat nun möglicherweise ein Team um David Foster von der Johns Hopkins University entdeckt.

Die Wissenschaftler ließen Ratten in ihrem Labor auf einer geraden Strecke vor und zurück laufen. Dabei passierten die Tiere verschiedene Wegpunkte (vereinfacht kann man sich diese als Punkt A bis F vorstellen), und am Ende wartete ab und an sogar eine Belohnung auf sie. Während des Versuchs maßen die Forscher die Aktivität mehr als 100 so genannter Ortszellen im Hippocampus der Nager, einer Hirnstruktur, die vor allem bei Gedächtnisprozessen eine wichtige Rolle spielt. Jede Ortszelle hat dabei eine Vorliebe für einen ganz bestimmten Ort im Raum – und feuert immer dann, wenn das Tier genau diesen erreicht. Für die Entdeckung dieser speziellen Orientierungsneurone – und die der so genannten Gitterzellen, die ebenfalls zur Navigation im Raum beitragen – erhielten die Neurowissenschaftler John O'Keefe, May-Britt und Edvard Moser 2014 den Nobelpreis für Medizin und Physiologie.

Bei einem normalen Durchlauf erwartete die Ratten bei Punkt F im aktuellen Versuch eine schmackhafte Leckerei. Während das Tier pausierte, um sich diese einzuverleiben, konnten die Forscher beobachten, die das Hirn der Tiere die Erinnerung an den Weg noch einmal auffrischte – und erneut die Ortszellen für die verschiedenen Positionen A bis F im Raum in der richtigen Reihenfolge aktivierte – und zwar sowohl vorwärts (A, B, C, D, E, F) als auch rückwärts (F, E, D, C, B, A). Dieses Phänomen kennen Wissenschaftler bereits aus anderen Studien. Eine Überraschung erlebten sie allerdings, wenn sie die Belohnung am Ende des Wegs variierten: Je leckerer der Snack, der auf die Tiere wartete, desto häufiger spulte ihr Gehirn die Erinnerung an die Wegstrecke vor allem rückwärts wieder ab – die Zahl der Vorwärtswiederholungen bleib gleich. Platzierten die Forscher keine Belohnung am Ende der Strecke, erfolgte dagegen auch keine erneute Aktivierung der Ortszellen, egal in welcher Reihenfolge.

Was diese Ergebnisse nun bedeuten, wissen Foster und seine Kollegen zugegebenermaßen auch noch nicht so genau. "Beide Arten der Wiederholung sind sehr ähnlich. Es gibt keinen offensichtlichen Grund, warum eine Reihenfolge häufiger gewählt werden sollte als die andere. Daher vermuten wir, dass das die Art und Weise ist, wie das Gehirn eine Belohnung mit dem Weg verknüpft, der zu dieser Belohnung hinführt", sagt Foster. Was genau der Sinn des "Rückwärtsabspulens" ist, müsse noch genauer untersucht werden, ebenso die Frage, ob beim Menschen ein ähnliches Phänomen auftritt. Aktuell könne man daraus höchstes den Ratschlag ableiten, dem Gehirn regelmäßige Pausen zu gönnen – denn nur wenn es zwischendurch nichts Wichtigeres zu tun hat, hat es überhaupt die Möglichkeit, Erinnerungen durch Wiederholen zu festigen.

35/2016

Dieser Artikel ist enthalten in Spektrum - Die Woche, 35/2016

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