Wie das Gehirn die "optimale Bewegungsbahn" bildet

Das Kleinhirn ist in deutlich größerem Maße als bisher angenommen daran beteiligt, dass wir uns sicher in unserer Umgebung bewegen können. Um die so genannte „kognitive Karte“ zur Orientierung zu erzeugen, leisten Neuronen im Kleinhirn mit ihrer chemischen Kommunikation einen entscheidenden Beitrag.

Ist diese Funktion deaktiviert, kann das Gehirn keine „optimale Bewegungsbahn“ mehr bilden, man findet keinen effizienten Weg zu einem Ziel. Das hat die Bochumer Neurowissenschaftlerin Dr. Marion André von der International Graduate School of Neuroscience( IGSN) der RUB gemeinsam mit Forschern aus Frankreich herausgefunden. Über die Ergebnisse berichtet „Science“.

„Kognitive Karte“ im Hippokampus

Zur sicheren Orientierung müssen wir eine zuverlässige innere Vorstellung der äußeren Umgebung bilden und behalten. Die Gehirnregion, die diese innere Repräsentation ermöglicht, ist der Hippokampus, in dem sich spezielle Pyramidenzellen, auch Ortszellen genannt, befinden. Jede Ortszelle wird von spezifischen Gegebenheiten in der räumlichen Umgebung aktiviert und gibt dynamische Informationen darüber, wo man sich selbst in Bezug auf seine Umwelt gerade befindet. Diese spezialisierten Neuronen bilden die „kognitive Karte“ im Hippokampus, indem sie verschiedene Sinneseindrücke verarbeiten. Sie kombinieren durch äußere Einflüsse entstandene Sinneseindrücke (Sehen, Hören, Riechen/Schmecken, Tasten) mit der Selbstwahrnehmung, z. B. der Propriozeption (sie gibt Auskunft über Körperbewegung und -lage im Raum) und mit dem Gleichgewichtsorgan (Vestibularsystem).

Entscheidend: die synaptische Plastizität

Unsere Fähigkeit zur orientierten Bewegung im Raum beruht darauf, dass wir die „kognitive Karte“ benutzen, um optimal an unser Ziel zu gelangen. Bisher wurde die Bildung der Karte ausschließlich im Hippokampus vermutet. Die aktuellen Forschungsergebnisse des internationalen Fortscherteams zeigen erstmals, dass auch das Kleinhirn eine entscheidende Rolle spielt. Das Kleinhirn ist eine Hirnregion mit blattförmigen Windungen in der hinteren Schädelgrube. Es enthält Neuronen, die ihre chemische Kommunikation erhöhen oder reduzieren können („synaptische Plastizität“). Die Reduzierung der synaptischen Übertragung nennt man Langzeitdepression (LTD).

Keine Orientierung ohne LTD

Um nachzuweisen, dass die LTD im Kleinhirn Anteil an der Bildung der „kognitiven Karte“ hat, haben die Forscher mit so genannten transgenen Mäusen gearbeitet. Deren Neuronen im Kleinhirn konnten keine LTD bilden, deshalb waren die Mäuse nicht in der Lage, zuverlässige „kognitive Karten“ zu erzeugen, da sie nur Informationen über ihre eigene Bewegung benutzen konnten. Sie waren zum Beispiel nicht fähig, ohne äußere Orientierungshilfen (etwa im Dunkeln) einen effizienten Weg zum Ziel zu finden.

Titelaufnahme

Christelle Rochefort, Arnaud Arabo, Marion André, Bruno Poucet, Etienne Save, and Laure Rondi-Reig: Cerebellum Shapes Hippocampal Spatial Code. Science, 21 October 2011: 385-389. DOI:10.1126/science.1207403

Beitrag im Internet: http://www.sciencemag.org/content/334/6054/385.full?sid=4b397dcb-4e01-4fbb-9168-…

Weitere Informationen

Dr. Marion André, Abteilung für Neurophysiologie, Medizinische Fakultät der RUB und International Graduate School of Neuroscience (IGSN) der RUB, Tel. +49(0)234-32-22042

Prof. Dr. Denise Manahan-Vaughan, Leiterin des Lehrstuhls für Neurophysiologie und Direktorin/Studiendekanin der IGSN, Tel. +49(0)234/32-22042, denise.manahan-vaughan@rub.de

Redaktion: Jens Wylkop