Orientierung: Rasterzellen beim Menschen erkannt

Forscher der Drexel University haben erstmals die Zellen im Gehirn beim Menschen identifiziert, die Tieren dabei helfen, sich zu orientieren. Bereits bekannt ist, dass Tiere drei Zelltypen nutzen, um sich in der Umgebung zurechtzufinden. Richtungszellen werden nur dann aktiv, wenn ein Tier auf eine entsprechende Situation trifft. Platzzellen sind zuständig, wenn es um bestimmte Orte geht und Rasterzellen geben in regelmäßigen Abständen Signale ab, wenn sich das Tier bewegt und es zur Veränderung der Umgebung kommt.

Computerspiel als Testumgebung

Rasterzellen senden Informationen an Platzzellen und beide Zellarten schicken Informationen an den Hippokampus, der für die Entstehung von Erinnerungen zuständig ist. Gemeinsam ermöglicht dieses Netzwerk eine mentale Darstellung des aktuellen Ortes, an dem sich ein Tier befindet. Richtungszellen und Platzzellen wurden bereits beim Menschen identifiziert. Auf Rasterzellen haben bisher jedoch nur Gehirnscans hingewiesen. Das Team um Joshua Jacobs wollte herausfinden, ob es diese Zellen beim Menschen wirklich gibt.

Die Forscher testeten 14 Patienten, denen im Rahmen der Epilepsiebehandlung Elektroden ins Gehirn implantiert worden waren. Anschließend wurden die Gehirnaktivitäten der Freiwilligen aufgezeichnet. Währendessen spielten die Teilnehmer ein Computerspiel, in dem sie durch eine Landschaft fuhren, nach Objekten suchten und sich erinnern sollten, wo sie diese gefunden hatten. In einem nächsten Schritt sollten die Objekte so rasch wie möglich gefunden werden. Sie blieben so lange unsichtbar, bis die korrekte Position erreicht war.

Präfrontaler Kortex entscheidend

Bei den Tests in der virtuellen Landschaft fehlten jedoch deutliche Markierungen, die eingesetzt werden hätten können, um sie mit der Position von Objekten in Zusammenhang zu bringen. Die Wissenschaftler wollten, dass die Teilnehmer eine geistige Landkarte der einzelnen Objekte erstellten. Dafür würden sie jedoch Rasterzellen benötigen. Es zeigte sich, dass die Einzelzellen wie bei den Tieren als Reaktion auf ein ähnliches Muster reagierten. Wie bei Tieren wurden die meisten dieser Zellen im entorhinalen Kortex nachgewiesen, der für Orientierung und das Gedächtnis zuständig ist, aber auch im cingulären Kortex, der für das Lernen verantwortlich ist, kamen sie vor.

Überraschend war, dass diese Zellen auch im präfrontalen Kortex nachgewiesen werden konnten, der ebenfalls bei der Bildung neuer episodischer Erinnerungen eine Rolle spielt. Dazu gehören zum Beispiel die Erinnerungen an Ereignisse, die an einem bestimmten Ort zu einer bestimmten Zeit stattgefunden haben.

Laut Jacobs kommt es bei Patienten mit Alzheimer zu einer ungewöhnlichen Aktivität des entorhinalen Kortex. Den Betroffenen fällt es manchmal schwer, sich zurechtzufinden. Der Wissenschaftler hält die Entwicklung von Medikamenten oder Verfahren zur Gehirnstimulation für denkbar, die helfen könnten, die Aktivität der Rasterzellen zu verbessern. Die Forschungsergebnisse wurden in Nature Neuroscience http://nature.com/neuro veröffentlicht.