Bernstein Netzwerk Computational Neuroscience
  • Home
  • Netzwerk
    • Das Bernstein Netzwerk
    • Bernstein Zentren
      • Berlin
      • Freiburg
      • Göttingen
      • München
      • Tübingen
      • Heidelberg-Mannheim
    • Forschungsinfrastruktur
      • High Performance Simulation and Data Analysis
      • Forschungsdaten-Management
      • Wissenschaftskommunikation
      • Wissenschaftskoordination
    • Preise und Initiativen
      • Valentin Braitenberg Award
      • Brains for Brains Nachwuchspreis
      • Bernstein SmartSteps
    • Gremien des Netzwerks
    • Satzung
    • Mitgliedschaft
    • Historie
    • Spenden
    • Kontakt
  • Newsroom
    • Newsroom
    • Aktuelles
    • Meet the Scientist
    • Veranstaltungen
    • Ausschreibungen
    • Medienecho
    • Presse
    • Publikationen des Netzwerks
    • Bernstein Bulletin
  • Forschung und Lehre
    • Forschung und Lehre
    • Wissenschaftler:innen finden
    • Studienprogramme
      • Masterprogramme
      • Promotionsprogramme
    • Studienangebote
      • Bernstein Student Workshop Series 2023
      • Online Learning
      • Kurse für Fortgeschrittene
      • Praktika und Abschlussarbeiten
    • Ethos des Bernstein Netzwerks
  • Karriere
    • Karriere
    • Stellenangebote
    • Verstärken Sie unser Team
  • Bernstein Conference
    • Bernstein Conference
    • Call for Satellite Workshops
    • General Information
      • Tentative Schedule
      • Past Conferences
    • FAQ
  • DE
  • EN
  • Suche
  • Menü Menü
Sie sind hier: Startseite1 / Newsroom2 / Aktuelles3 / Wenn das GPS des Gehirns den Geist aufgibt
Jerusalem – 11. August 2021

Wenn das GPS des Gehirns den Geist aufgibt

Eine neue Studie über Fledermäuse zeigt eine unerwartete Darstellung des dreidimensionalen Raums im Gehirn

Nilflughund: Die Darstellung des dreidimensionalen Raums in der Hirnrinde von Säugetieren ähnelt einer Schachtel mit Murmeln. Foto: Steve Gettle; Design: Maayan Visuals

Beteiligtes Bernstein Mitglied: Gily Ginosar, Weizmann Institute of Science, Rehovot, Israel

/Weizmann/ In einer neuen Studie, die in Nature veröffentlicht wurde, haben Forscher des Weizmann Institute of Science in Zusammenarbeit mit Kollegen der Hebräischen Universität Jerusalem zum ersten Mal enthüllt, wie der dreidimensionale Raum in der Hirnrinde von Säugetieren durch das „GPS“-System des Gehirns dargestellt wird. Das Forscherteam unter der Leitung von Prof. Nachum Ulanovsky von der Abteilung für Neurobiologie der Weizmann Universität war überrascht, dass sich diese Repräsentation stark von der Darstellung des zweidimensionalen Raums unterscheidet, wodurch mehrere seit langem bestehende Hypothesen auf den Kopf gestellt wurden.
Säugetiere, darunter auch der Mensch, kennen ihre Position im Raum dank mehrerer Arten spezialisierter Neuronen im Hippocampus und dem benachbarten entorhinalen Kortex – Regionen, die tief im Gehirn liegen. Kopfrichtungszellen, die inneren Kompasse des Gehirns, zeigen dem Tier die Richtung an, in die es seinen Kopf dreht. Ortszellen, von denen man annimmt, dass sie eine mentale Karte der Umgebung erstellen, werden aktiviert, wenn ein Tier einen bestimmten Ort durchquert. Rasterzellen hingegen reagieren nicht auf einen, sondern auf mehrere solcher Orte, und man nimmt an, dass sie das Gehirn mit einer Art GPS-System versorgen.

Die Studie über Gitterzellen und das GPS des Gehirns wurde 2014 mit dem Nobelpreis ausgezeichnet. Diese und andere Studien konzentrierten sich jedoch ausschließlich darauf, wie zwei Dimensionen dargestellt werden, und sagten wenig über die Darstellung des dreidimensionalen Raums aus. Um diese Lücke zu schließen, wollten Ulanovsky und Kollegen herausfinden, wie Gitterzellen bei frei agierenden Fledermäusen in drei Dimensionen funktionieren.

Bei der Untersuchung von Rasterzellen in Nagetieren, die auf zweidimensionalen Oberflächen laufen, wurde festgestellt, dass sie in mehreren kreisförmigen Bereichen, den so genannten  ‚firing fields‘, aktiviert werden, die in einem symmetrischen sechseckigen Muster – ähnlich wie Millimeterpapier – angeordnet sind, das die Oberfläche bedeckt. Diese beispiellose Symmetrie und Periodizität lassen vermuten, dass diese Zellen an geometrischen Raumberechnungen beteiligt sind, die den Kern des zerebralen GPS bilden. Der entorhinale Kortex, in dem sich die Gitterzellen befinden, ist das Hirnareal, das bei der Alzheimer-Krankheit als erstes betroffen ist, und es ist möglich, dass die räumliche Desorientierung, eine der frühen Erscheinungsformen der Alzheimer-Krankheit, auf eine Funktionsstörung der Gitterzellen zurückzuführen ist.

Frühere Arbeiten zeigten sowohl eine lokale als auch eine globale Ordnung bei der Darstellung des zweidimensionalen Raums, und dasselbe wurde auch für den dreidimensionalen Raum angenommen. In der neuen Studie wurde jedoch festgestellt, dass der dreidimensionale Raum kein globales Gitter aufweist, sondern eine lokale Ordnung beibehält.

Stattdessen waren die dreidimensionalen ‚firing fields‘ der Gitterzellen, die in diesem Fall als Kugeln und nicht als Kreise geformt waren, wie eine Schachtel voller Murmeln gepackt. Sie waren nicht völlig ungeordnet, aber sicherlich weniger geordnet als das dreidimensionale Äquivalent eines sechseckigen Gitters – denn die neue Anordnung erlaubte den „Murmeln“ einige zusätzliche Freiheitsgrade. Während eine spürbare globale Ordnung fehlte, waren die Kugeln einer lokalen Ordnung verpflichtet, bei der der Abstand zwischen einer Kugel und ihren nächsten Nachbarn konstant blieb.
Im Vergleich zu anderen gängigen Theorien war das neue theoretische Modell dasjenige, das den experimentellen Daten am meisten entsprach.

Um eine mechanistische Erklärung für dieses Phänomen lokaler statt globaler Ordnung zu finden, arbeitete das experimentelle Team – Ginosar, Las und Ulanovsky – mit den Theoretikern Dr. Johnatan Aljadeff, einem ehemaligen Postdoktoranden bei Weizmann und jetzigen Professor an der Universität von Kalifornien in San Diego, sowie Prof. Haim Sompolinsky und Prof. Yoram Burak von der Hebräischen Universität Jerusalem zusammen. Gemeinsam konstruierten sie ein Modell, das auf Prinzipien aus der statistischen Physik beruht, die die Wechselwirkung zwischen Teilchen beschreiben. Das Modell zeigte, dass die kugelförmigen ‚firing fields‘ der Gitterzellen fast genauso interagieren wie Teilchen – sie werden voneinander „angezogen“, wenn sie sich auf Distanz befinden, und „abgestoßen“, wenn sie sich zu nahe kommen. Insbesondere das Gleichgewicht der auf die Teilchen wirkenden Kräfte könnte die lokale Ordnung erklären, die die Kugeln in konstanten lokalen Abständen zueinander hält, während ein globales Gitter vermieden wird. Das neue Modell entsprach demnach den experimentellen Daten am meisten.

Während frühere Modelle eine ähnliche dreidimensionale Anordnung aus dem zweidimensionalen Gitter extrapolierten, zeigen die Arbeit von Ulanovsky und Kollegen und ihr „Murmelbox“-Modell, dass die Dinge viel komplexer sind. Da im dreidimensionalen Raum kein periodisches Gitter gebildet wird, müssen die klassischen Theorien zum Verständnis des faszinierenden Verhaltens von Gitterzellen überarbeitet werden.

>> Text nach der Originalpressemitteilung

Publikation

Ginosar, G., Aljadeff, J., Burak, Y. et al. Locally ordered representation of 3D space in the entorhinal cortex. Nature 596, 404–409 (2021). https://doi.org/10.1038/s41586-021-03783-x

Wenn das GPS des Gehirns den Geist aufgibt

1. September 2021/in /von Claudia Duppé

Kontakt Aktuelles

Kontakt

Dr. Claudia Duppé

Presse- und Öffentlichkeitsarbeit

+49 761 20396787
berstein.communication@fz-juelich.de

Bernstein Netzwerk Computational Neuroscience Logo

Mitglied werden
Satzung
Spenden
Newsletter abonnieren

 

Folgen Sie uns

Mastodon
© 2023 Bernstein Netzwerk Computational Neuroscience
  • Kontakt
  • Impressum
  • Datenschutz
Nach oben scrollen
Cookie-Zustimmung verwalten
Wir verwenden Cookies, um unsere Website und unseren Service zu optimieren.
Funktional Immer aktiv
Der Zugriff oder die technische Speicherung ist unbedingt für den rechtmäßigen Zweck erforderlich, um die Nutzung eines bestimmten Dienstes zu ermöglichen, der vom Abonnenten oder Nutzer ausdrücklich angefordert wurde, oder für den alleinigen Zweck der Übertragung einer Nachricht über ein elektronisches Kommunikationsnetz.
Vorlieben
Die technische Speicherung oder der Zugriff ist für den rechtmäßigen Zweck der Speicherung von Voreinstellungen erforderlich, die nicht vom Abonnenten oder Nutzer beantragt wurden.
Statistiken
Die technische Speicherung oder der Zugriff, der ausschließlich zu statistischen Zwecken erfolgt. Die technische Speicherung oder der Zugriff, der ausschließlich zu anonymen statistischen Zwecken verwendet wird. Ohne eine Aufforderung, die freiwillige Zustimmung Ihres Internetdienstanbieters oder zusätzliche Aufzeichnungen von Dritten können die zu diesem Zweck gespeicherten oder abgerufenen Informationen allein in der Regel nicht zu Ihrer Identifizierung verwendet werden.
Marketing
Die technische Speicherung oder der Zugriff ist erforderlich, um Nutzerprofile zu erstellen, um Werbung zu versenden oder um den Nutzer auf einer Website oder über mehrere Websites hinweg zu ähnlichen Marketingzwecken zu verfolgen.
Optionen verwalten Dienste verwalten Anbieter verwalten Lesen Sie mehr über diese Zwecke
Einstellungen
{title} {title} {title}