Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

„Moonwalk“ für die Wissenschaft zeigt Verzerrungen im räumlichen Gedächtnis

18.11.2019

Wir formen mentale Landkarten unserer Umgebung, um uns im Raum zu orientieren und uns zurechtzufinden. Was aber passiert, wenn das Koordinatensystem unseres Gehirns, das unsere mentalen Karten vermisst, verzerrt ist? Jacob Bellmund und Christian Doeller vom Max-Planck-Institut für Kognitions- und Neurowissenschaften zeigen in Nature Human Behaviour, dass es dann auch zu Verzerrungen in unserem räumlichen Gedächtnis kommt.

Um sich zu merken, wo wichtige Ereignisse geschehen oder wie wir von A nach B finden, formt unser Gehirn mentale „Landkarten“ unserer Umgebung. Ein wichtiger Baustein dieser mentalen Karten sind die sogenannten Gitterzellen. Diese sind an verschiedenen Orten einer Umgebung aktiv, sodass ein charakteristisches Aktivitätsmuster im Gehirn entsteht.


Was passiert, wenn das Koordinatensystem unseres Gehirns, das unsere mentalen Karten vermisst, verzerrt ist?

MPI CBS

Dieses Muster besteht aus gleichseitigen Dreiecken, die sich zu einer symmetrischen Gitterstruktur zusammenfügen. Für die Entdeckung der Gitterzellen im Gehirn von Ratten wurde 2014 der Nobelpreis vergeben.

Wissenschaftler vermuten, dass diese Gitterstruktur auch im menschlichen Gehirn als eine Art Koordinatensystem für unsere mentalen Landkarten funktioniert – mithilfe der Gittermuster können wir uns merken, wo ein bestimmter Ort liegt und wie weit er von einem anderen entfernt ist. Dies sollte gut funktionieren, wenn die Gittermuster symmetrisch und regelmäßig sind.

Was passiert jedoch, wenn die Gittermuster gestört sind? Wird unsere mentale Karte dann ungenau?

Dieser Idee ging ein Team von Forschern des Max-Planck-Instituts für Kognitions- und Neurowissenschaften in Leipzig, des University College London und des norwegischen Kavli-Instituts für Systemische Neurowissenschaften nach.

Frühere Studien an Ratten in einem Labyrinth hatten gezeigt, dass diese Aktivitätsmuster unter bestimmten Umständen ihre Symmetrie verloren und unregelmäßiger „feuerten“. Navigierten die Tiere durch eine quadratische Box, ließ sich ein perfektes Gittermuster in ihrem Hirn nachweisen.

Bewegten sie sich durch ein trapezförmiges Gehäuse, war das Gittermuster jedoch weit weniger regelmäßig – das Koordinatensystem der Gitterzellen bei Ratten wirkte unter diesen Umständen regelrecht verzerrt.

Und beim Menschen? Könnte das Folgen für die Genauigkeit unserer mentalen Karten haben? „Es sollte zu Verzerrungen im Gedächtnis führen, wenn unser Gehirn wirklich dieses Koordinatensystem nutzt.“, dachten sich Christian Doeller und Kollegen.

„Wir haben deshalb Virtual Reality-Versuche gemacht, in denen die Teilnehmer Positionen im Raum lernen sollten. Einmal in einer quadratischen Umgebung, wo das Koordinatensystem gut funktionieren sollte und einmal in einer trapezförmigen Umgebung, wo das System der Gitterzellen verzerrt ist.“, erklärt Jacob Bellmund.

Die Teilnehmer trugen eine Virtual-Reality-Brille und navigierten mithilfe einer 360°-Bewegungs-Plattform durch die virtuellen Umgebungen. In jeder davon befanden sich sechs Objekte – sie lernten, welches Objekt an welche Position in der Umgebung gehört. Die Plattform ermöglichte ein realistisches Lauf-Gefühl, indem die Füße in einer Art „Moonwalk“ darüber glitten (siehe Video), wobei die Teilnehmer nur in der virtuellen Welt tatsächlich vom Fleck kamen.

„Wir haben dann verglichen, wie genau die Studienteilnehmer die Positionen lernen konnten. Wie erwartet fiel ihnen dies in der Trapez-Umgebung schwerer als in der quadratischen – in der Trapez-Umgebung waren sie zudem in der schmalen Hälfte besonders schlecht.

„Dort ist das Gitterzell-Koordinatensystem besonders verzerrt.“, so Bellmund. Je stärker also die Abweichungen vom regelmäßigen Gitterzellmuster, desto schlechter das räumliche Gedächtnis. Damit legen die MPI-Wissenschaftler letztlich nahe, dass unser Gehirn tatsächlich dieses System nutzt.

Und nicht nur das: Die Verzerrungen im Gedächtnis blieben sogar bestehen, wenn die Teilnehmer nicht mehr im Trapez waren. So sollten sie schätzen, wie groß die Distanz zwischen Paaren von Objekten ist. Bellmund und sein Team hatten die Objekte so arrangiert, dass die tatsächliche Distanz zwischen den Paaren immer identisch war.

Im Gedächtnis der Teilnehmer gab es aber Verzerrungen, sodass die gleichen Distanzen im Trapez als kürzer erinnert wurden als im Quadrat. Innerhalb des Trapezes war es so, dass die Distanzen in der schmalen Hälfte als länger erinnert wurden als in der breiten Hälfte. Gedächtnisinhalte, die mit verzerrtem Koordinatensystem gelernt wurden, sind also auch beim späteren Abruf aus dem Gedächtnis verzerrt.

Faszinierend für die Neurowissenschaftler: „Genau diese Verzerrungen unserer mentalen Karten können wir nun mit einem Modell-Koordinatensystem vorhersagen“, so Jacob Bellmund.

Vorherige Arbeiten der MPI-Wissenschaftler haben nahegelegt, dass das Gehirn mentale Karten nicht nur formt, um sich zurechtzufinden, sondern dass das Navigationssystem unseres Gehirns auch andere kognitive Prozesse unterstützt.

Auch hier nehmen die Wissenschaftler eine zentrale Rolle des Koordinatensystems der Gitterzellen an. Ähnlich dem räumlichen Gedächtnis könnte es unter bestimmten Umständen genauso zu systematischen Verzerrungen kommen – eine spannende Möglichkeit für die Forschung, unseren Gedankengängen weiter auf die Spur zu kommen.

Wissenschaftliche Ansprechpartner:

Jacob L.S. Bellmund
Tel.: +49 341 9940-2281
Email: bellmund@cbs.mpg.de

Originalpublikation:

"Deforming the metric of cognitive maps distorts memory"
Jacob L. S. Bellmund, William de Cothi, Tom A. Ruiter, Matthias Nau, Caswell Barry, Christian F. Doeller

https://www.nature.com/articles/s41562-019-0767-3
DOI: 10.1038/s41562-019-0767-3

Weitere Informationen:

http://doellerlab.com/wp-content/uploads/2017/07/DoellerlabVirtualizer.mp4
Jacob Bellmund "läuft" auf der Bewegungs-Plattform in einer trapezförmigen Virtual-Reality-Umgebung.

Bettina Hennebach | Max-Planck-Institut für Kognitions- und Neurowissenschaften

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Studien Analysen:

nachricht Lucy hatte ein affenähnliches Gehirn
02.04.2020 | Max-Planck-Institut für evolutionäre Anthropologie

nachricht Neue ESO-Studie bewertet den Einfluss von Satellitenkonstellationen auf astronomische Beobachtungen
05.03.2020 | Max-Planck-Institut für Astronomie

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: Den Regen für Hydrovoltaik nutzen

Wassertropfen, die auf Oberflächen fallen oder über sie gleiten, können Spuren elektrischer Ladung hinterlassen, so dass sich die Tropfen selbst aufladen. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für Polymerforschung (MPI-P) in Mainz haben dieses Phänomen, das uns auch in unserem Alltag begleitet, nun detailliert untersucht. Sie entwickelten eine Methode zur Quantifizierung der Ladungserzeugung und entwickelten zusätzlich ein theoretisches Modell zum besseren Verständnis. Nach Ansicht der Wissenschaftler könnte der beobachtete Effekt eine Möglichkeit zur Energieerzeugung und ein wichtiger Baustein zum Verständnis der Reibungselektrizität sein.

Wassertropfen, die über nicht leitende Oberflächen gleiten, sind überall in unserem Leben zu finden: Vom Tropfen einer Kaffeemaschine über eine Dusche bis hin...

Im Focus: Harnessing the rain for hydrovoltaics

Drops of water falling on or sliding over surfaces may leave behind traces of electrical charge, causing the drops to charge themselves. Scientists at the Max Planck Institute for Polymer Research (MPI-P) in Mainz have now begun a detailed investigation into this phenomenon that accompanies us in every-day life. They developed a method to quantify the charge generation and additionally created a theoretical model to aid understanding. According to the scientists, the observed effect could be a source of generated power and an important building block for understanding frictional electricity.

Water drops sliding over non-conducting surfaces can be found everywhere in our lives: From the dripping of a coffee machine, to a rinse in the shower, to an...

Im Focus: Quantenimaging: Unsichtbares sichtbar machen

Verschränkte Lichtteilchen lassen sich nutzen, um Bildgebungs- und Messverfahren zu verbessern. Ein Forscherteam am Fraunhofer-Institut für Angewandte Optik und Feinmechanik IOF in Jena hat eine Quantenimaging-Lösung entwickelt, die in extremen Spektralbereichen und mit weniger Licht genaueste Einblicke in Gewebeproben ermöglichen kann.

Optische Analyseverfahren wie Mikroskopie und Spektroskopie sind in sichtbaren Wellenlängenbereichen schon äußerst effizient. Doch im Infrarot- oder...

Im Focus: Sensationsfund: Spuren eines Regenwaldes in der Westantarktis

90 Millionen Jahre alter Waldboden belegt unerwartet warmes Südpol-Klima in der Kreidezeit

Ein internationales Forscherteam unter Leitung von Geowissenschaftlern des Alfred-Wegener-Institutes, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI)...

Im Focus: A sensational discovery: Traces of rainforests in West Antarctica

90 million-year-old forest soil provides unexpected evidence for exceptionally warm climate near the South Pole in the Cretaceous

An international team of researchers led by geoscientists from the Alfred Wegener Institute, Helmholtz Centre for Polar and Marine Research (AWI) have now...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Interdisziplinärer Austausch zum Design elektrochemischer Reaktoren

03.04.2020 | Veranstaltungen

13. »AKL – International Laser Technology Congress«: 4.–6. Mai 2022 in Aachen – Lasertechnik Live bereits früher!

02.04.2020 | Veranstaltungen

Europäischer Rheumatologenkongress EULAR 2020 wird zum Online-Kongress

30.03.2020 | Veranstaltungen

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

Erste SARS-CoV-2-Genome aus Österreich veröffentlicht

03.04.2020 | Biowissenschaften Chemie

Projekt »Lade-PV« gestartet: Fahrzeugintegrierte PV für Elektro-Nutzfahrzeuge

03.04.2020 | Energie und Elektrotechnik

Interdisziplinärer Austausch zum Design elektrochemischer Reaktoren

03.04.2020 | Veranstaltungsnachrichten

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