Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Gedankenlesen bei Ratten

29.11.2018

Wissenschaftler können vorhersagen, wohin eine Ratte als nächstes gehen wird, je nachdem, wie Neuronen in ihrem Hippocampus feuern – Studie erschienen in Neuron

So genannte Platzzellen senden Signale, wenn wir uns an einer bestimmten Position befinden - diese Entdeckung brachte John O'Keefe, May-Britt Moser und Edvard Moser 2014 den Nobelpreis für Medizin ein.


Wohin als nächstes?

IST Austria/Birgit Rieger

Basierend darauf, welche Platzzelle feuert, können Wissenschaftler bestimmen, wo sich eine Ratte befindet. Neurowissenschaftler können nun sagen, wohin eine Ratte als nächstes gehen wird, und zwar je nachdem, welches Neuron feuert während die Ratte eine Aufgabe löst, die ihr Referenzgedächtnis testet.

Das ist das Ergebnis einer heute im Fachjournal Neuron veröffentlichten Studie, die von der Gruppe von Jozsef Csicsvari am Institute of Science and Technology Austria (IST Austria) mit Erstautor und Postdoc Haibing Xu sowie den ehemaligen Postdocs Peter Baracskay und Joseph O'Neill, der heute an der Universität Cardiff lehrt, durchgeführt wurde.

Wissenschaftler können daraus, welche Platzzelle im Hippocampus Signale sendet, ableiten, wo sich eine Ratte befindet. Manchmal entspricht jedoch die aktive Platzzelle nicht dem aktuellen Standort der Ratte. „Das gibt uns einen Einblick darin, was das Tier über den Raum denkt", sagt Jozsef Csicsvari. "Wir haben dieses Konzept benutzt, um zu verstehen, wie Ratten bei Aufgaben denken, die ihr räumliches Gedächtnis testen."

In den Experimenten navigierten Ratten durch ein Labyrinth mit acht Armen, drei davon enthielten Futter. Die Ratten besuchten das Labyrinth erneut, so dass sie Erinnerungen daran hatten, wo die Belohnungen versteckt waren.

Diese Aufgabe trennt zwei verschiedene Formen des räumlichen Gedächtnisses: Referenz- und Arbeitsgedächtnis. Das Referenzgedächtnis ist der Speicher, der es einer Ratte ermöglicht, sich daran zu erinnern, welche Arme Belohnungen enthalten und welche nicht.

Das Arbeitsgedächtnis ist das Gedächtnis, das den Überblick darüber behält, welche Arme die Ratte noch nicht besucht hat und welche sie bereits besucht hat. Die Forscher testen das reine Arbeitsgedächtnis, indem sie das Experiment so modifizierten, dass nur Arme, die Belohnungen enthielten, geöffnet waren, oder testeten das reine Referenzgedächtnis, indem sie bereits besuchte Arme schlossen.

Die Forscher fragten dann: Wie feuern Zellen, wenn Ratten durch ein Labyrinth navigieren, und wie unterscheidet sich das Feuern zwischen Referenz- und Arbeitsgedächtnisaufgaben?

In der Mitte des Labyrinths, bevor die Ratte den nächsten Arm betritt, entspricht die Abfolge der Zellen, die feuern, entweder der Route im zuletzt besuchten Arm genommen oder dem Arm, durch den die Ratte als nächstes laufen wird. Bei den Tests des Referenzspeichers entspricht die Sequenz dem nächsten Labyrintharm, den die Ratte besuchen wird. Das gibt den Forschern einen Einblick in die unmittelbaren Pläne der Ratte. „Das Tier denkt an einen anderen Ort als den, an dem es sich befindet. Tatsächlich können wir vorhersagen, welchen Arm die Ratte als nächstes betreten wird", erklärt Csicsvari.

Die Forscher können nicht nur vorhersagen, wohin die Ratte als nächstes gehen wird, sie wissen auch, wann die Ratte einen Fehler machen wird, sagt Csicsvari: „Wenn die Ratte einen Fehler macht, erinnert sie sich an einen zufälligen Weg. Basierend auf den Platzzellen können wir vorhersagen, dass die Ratte einen Fehler machen wird, bevor sie ihn begeht." Die Vorhersage funktioniert allerdings nicht bei Aufgaben, die den Arbeitsspeicher testen. Bei diesen entspricht das Feuern der Platzzellen jenem Arm, den das Tier zuletzt besucht hat.

Die Forscher gehen davon aus, dass das Gehirn verschiedene Strategien zur Lösung von Referenz- und Arbeitsgedächtnisaufgaben einsetzt. "Mit dem Referenzspeicher navigiert das Gehirn und erinnert sich ‘das ein Ort ist, den ich besuchen muss‘.

Dabei wird der Hippocampus genutzt, der für räumliche Aufgaben wichtig ist. Der Arbeitsspeicher ist abstrakter, jeder Ort ist ein Punkt auf der Liste zu besuchender Orte. Der Hippocampus signalisiert wahrscheinlich dem präfrontalen Kortex, wo die Ratte war, und der präfrontale Kortex verfolgt, welche Gegenstände er abhaken kann", fasst Csicsvari zusammen.

Über das IST Austria
Das Institute of Science and Technology (IST Austria) in Klosterneuburg ist ein Forschungsinstitut mit eigenem Promotionsrecht. Das 2009 eröffnete Institut widmet sich der Grundlagenforschung in den Naturwissenschaften, Mathematik und Informatik. Das Institut beschäftigt ProfessorInnen nach einem Tenure-Track-Modell und Post-DoktorandInnen sowie PhD StudentInnen in einer internationalen Graduate School. Neben dem Bekenntnis zum Prinzip der Grundlagenforschung, die rein durch wissenschaftliche Neugier getrieben wird, hält das Institut die Rechte an allen resultierenden Entdeckungen und fördert deren Verwertung. Der erste Präsident ist Thomas Henzinger, ein renommierter Computerwissenschaftler und vormals Professor an der University of California in Berkeley, USA, und der EPFL in Lausanne. http://www.ist.ac.at

Wissenschaftliche Ansprechpartner:

Jozsef Csicsvari
Institute of Science and Technology Austria (IST Austria)
Tel: +43 (0)2243 9000-4301
E-mail: jozsef.csicsvari@ist.ac.at

Originalpublikation:

Haibing Xu, Peter Baracskay,Joseph O’Neill, and Jozsef Csicsvari, “Assembly responses of hippocampal CA1 place cells predict learned behavior in goal-directed spatial tasks on the radial eight-arm maze", Neuron, 2018, DOI: 10.1016/j.neuron.2018.11.015

Weitere Informationen:

https://ist.ac.at/de/forschung/forschungsgruppen/csicsvari-gruppe/

Dr. Elisabeth Guggenberger | idw - Informationsdienst Wissenschaft

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Studien Analysen:

nachricht Wie sich das Gehirn merkt, wo man hinmöchte
04.07.2019 | Ruhr-Universität Bochum

nachricht Studie am Dresdner Uniklinikum: Schädel-Hirn-Trauma – bleibt´s beim kurzen Schrecken?
18.06.2019 | Universitätsklinikum Carl Gustav Carus Dresden

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Studien Analysen >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Laser für durchdringende Wellen: Forscherteam entwickelt neues Prinzip zur Erzeugung von Terahertz-Strahlung

Der „Landau-Niveau-Laser“ ist ein spannendes Konzept für eine ungewöhnliche Strahlungsquelle. Er hat das Zeug, höchst effizient sogenannte Terahertz-Wellen zu erzeugen, die sich zum Durchleuchten von Materialen und für die künftige Datenübertragung nutzen ließen. Bislang jedoch scheiterten nahezu alle Versuche, einen solchen Laser in die Tat umzusetzen. Auf dem Weg dorthin ist einem internationalen Forscherteam nun ein wichtiger Schritt gelungen: Im Fachmagazin Nature Photonics stellen sie ein Material vor, das Terahertz-Wellen durch das simple Anlegen eines elektrischen Stroms erzeugt. Physiker des Helmholtz-Zentrums Dresden-Rossendorf (HZDR) waren maßgeblich an den Arbeiten beteiligt.

Ebenso wie Licht zählen Terahertz-Wellen zur elektromagnetischen Strahlung. Ihre Frequenzen liegen zwischen denen von Mikrowellen und Infrarotstrahlung. Sowohl...

Im Focus: A miniature stretchable pump for the next generation of soft robots

Soft robots have a distinct advantage over their rigid forebears: they can adapt to complex environments, handle fragile objects and interact safely with humans. Made from silicone, rubber or other stretchable polymers, they are ideal for use in rehabilitation exoskeletons and robotic clothing. Soft bio-inspired robots could one day be deployed to explore remote or dangerous environments.

Most soft robots are actuated by rigid, noisy pumps that push fluids into the machines' moving parts. Because they are connected to these bulky pumps by tubes,...

Im Focus: Crispr-Methode revolutioniert

Forschende der ETH Zürich entwickelten die bekannte Crispr/Cas-Methode weiter. Es ist nun erstmals möglich, Dutzende, wenn nicht Hunderte von Genen in einer Zelle gleichzeitig zu verändern.

Crispr/Cas ist in aller Munde. Mit dieser biotechnologischen Methode lassen sich in Zellen verhältnismässig einfach und schnell einzelne Gene präzise...

Im Focus: Wie schwingen Atome in Graphen-Nanostrukturen?

Innovative neue Technik verschiebt die Grenzen der Nanospektrometrie für Materialdesign

Um das Verhalten von modernen Materialien wie Graphen zu verstehen und für Bauelemente der Nano-, Opto- und Quantentechnologie zu optimieren, ist es...

Im Focus: Vehicle Emissions: New sensor technology to improve air quality in cities

Researchers at TU Graz are working together with European partners on new possibilities of measuring vehicle emissions.

Today, air pollution is one of the biggest challenges facing European cities. As part of the Horizon 2020 research project CARES (City Air Remote Emission...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Gedanken rasen zum Erfolg: CYBATHLON BCI Series 2019

16.08.2019 | Veranstaltungen

Impfen – Kleiner Piks mit großer Wirkung

15.08.2019 | Veranstaltungen

Internationale Tagung zur Katalyseforschung in Aachen

14.08.2019 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Laser für durchdringende Wellen: Forscherteam entwickelt neues Prinzip zur Erzeugung von Terahertz-Strahlung

16.08.2019 | Physik Astronomie

Solarflugzeug icaré testet elektrische Flächenendantriebe

16.08.2019 | Energie und Elektrotechnik

Neue Überlebensstrategie der Pneumokokken im Zentralnervensystem identifiziert

16.08.2019 | Biowissenschaften Chemie

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics