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Das GPS des Gehirns

Von Alexandra Grass

Wissen

Neurobiologen erhalten Medizin-Nobelpreis für ihre Forschungen zum räumlichen Gedächtnis.


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Stockholm/Wien. "Die Entdeckungen von John O’Keefe, May-Britt Moser und Edvard Moser haben ein Problem gelöst, das Philosophen und Wissenschafter seit Jahrhunderten beschäftigt hat: Wie produziert das Gehirn eine Landkarte des Raumes, der uns umgibt, und wie navigieren wir in einer komplexen Umwelt?" Mit diesen Worten hat das Nobelpreiskomitee am Montag in Stockholm die Vergabe des diesjährigen Nobelpreises für Medizin an die drei Neurobiologen beschrieben. Die Wissenschafter entdeckten Zellen, die praktisch als "innere GPS" des Gehirns bezeichnet werden können.

Das GPS (Global Positioning System) in seiner bekannten Form verhilft dem Menschen, zielsicher von A nach B zu kommen. Orientierungshilfen wie Navigationsgeräte machen sich diese Technik zunutze. Doch auch ohne technisches Gerät ist der Mensch in der Lage, sich im Raum zu orientieren.

Dafür verantwortlich sind zwei verschiedene Arten von Zellen - die Platz- und die Rasterzellen. Durch sie werden im Gehirn Landkarten gebildet, die eine räumliche Orientierung ermöglichen. Denn jede dieser sogenannten Platzzellen ("place cells") spiegelt einen bestimmten Ort wider und wird dann aktiv, wenn sich ihr "Besitzer" an diesem Ort erneut einfindet. Die im Hippocampus - jenem Teil im Gehirn, der für das Gedächtnis und Lernen zuständig ist - vorkommenden Zellen ergeben als Gesamtes einen vollständigen Plan der Umgebung, in der wir uns bewegen.

Die Orientierung

Es war der im Jahr 1939 in New York geborene und am University College in London tätige John O’Keefe, der im Laufe seiner Forschungstätigkeit durch elektrophysiologische Messungen an Ratten im Jahr 1971 die Aktivität der Platzzellen erkannte und zuordnen konnte. Auch war es ihm möglich, diese erste wichtige Komponente des natürlichen Positionierungssystems beim Menschen nachzuweisen. Zellschädigungen, wie sie häufig im Zuge eines Schlaganfalls auftreten, können fatale Folgen für die Orientierungsfähigkeit des Patienten haben, hebt Manuel Zimmer vom Institut für Molekulare Pathologie (IMP) in Wien die Bedeutung der Platzzellen hervor.

Die vom norwegischen Forscher-Ehepaar May-Britt (51) und Edvard (52) Moser von der Technisch-Naturwissenschaftliche Universität Trondheim gut 30 Jahre später, 2005, entdeckten Rasterzellen wiederum geben dann Signale ab, wenn sich das Tier bewegt und es dadurch zu einer Umgebungsveränderung kommt.

Diese sogenannten "grid cells", die weitere Komponente des inneren GPS, finden sich im entorhinalen Cortex, einer Gehirnregion, die mit dem Hippocampus verknüpft ist. Obwohl der Nachweis beim Menschen noch aussteht, wird stark angenommen, dass auch dieser in seinem Denkorgan Rasterzellen besitzt. Die beiden Arten von Nervenzellen bilden gemeinsam ein Koordinatensystem, das die Navigation durch den Raum erst möglich macht. Aber auch nichträumliche Hinweise scheinen mitzuhelfen, die Umwelt kartieren zu können. Denn häufig rufen auch Gerüche oder bestimmte Farben die Erinnerung an einen speziellen Ort hervor. Und auch dann feuern die einzelnen Zellen im Hippocampus los, wie die drei nun vom Nobelpreiskomitee ausgezeichneten Wissenschafter herausgefunden haben.

Halbe Halbe

Wie Manuel Zimmer erklärt, seien die Erkenntnisse der Forscher in mehrerlei Weise äußerst wichtig für das Verständnis komplexer Abläufe im Denkorgan von Säugetieren. So konnte an der Nervenzell-Aktivität in Rattengehirnen beobachtet werden, wie die Speicherung stattfindet. Auch lässt sich bei Experimenten beobachten, wie Versuchstiere, wenn sie beim Betreten von gleichen oder ähnlichen bereits durchlaufenen Räumen schon vorhersehen können, was räumlich als Nächstes folgen muss. Bei Fledermäusen habe man diese Art GPS-System auch schon dreidimensional nachgewiesen, betont der IMP-Forscher.

Ihre Arbeiten und Erkenntnisse rund um den Orientierungssinn von Mensch und Tier bringt den Wissenschaftern umgerechnet rund 870.000 Euro ein. Das Preisgeld geht je zur Hälfte an O’Keefe und das Wissenschafter-Ehepaar Moser.

Am Dienstag folgt die Bekanntgabe des Nobelpreises für Physik, am Mittwoch jener für Chemie. Am Donnerstag wird der Literatur-, am Freitag der Friedens- sowie am kommenden Montag der Wirtschaftsnobelpreis vergeben. Die Verleihung findet am 10. Dezember, am Todestag des Preisstifters Alfred Nobel, statt.

nobelprize.org