Wie navigiert das Gehirn im Dunkeln?
Wie navigiert das Gehirn im Dunkeln?
Anonim

Forscher der Vanderbilt University haben kürzlich herausgefunden, dass das menschliche Gehirn sehr wahrscheinlich über ein internes Navigationssystem verfügt, das dem Gehirn helfen kann, im Dunkeln einen Richtungssinn zu finden. Durch die Durchführung einer Reihe von Virtual-Reality-Experimenten, die in Current Biology veröffentlicht wurden, konnten die Forscher die Wahrscheinlichkeit testen, dass Menschen ein Gitterzellensystem oder einen Teil des Gehirns besitzen, der ohne akustische oder visuelle Hinweise navigieren kann, was frühere Studien in a Anzahl anderer Säugetiere.

Die Studie, die von Timothy McNamara, Professor für Psychologie an der Vanderbilt University, durchgeführt wurde, baute auf früheren Studien aus den 1970er Jahren auf. Vor vierzig Jahren fand der englische Wissenschaftler John O’Keefe die Existenz spezialisierter Neuronen im Hippocampus, die aktiviert werden, wenn eine Ratte einen bestimmten Ort in ihrer Umgebung erreicht, den er als „Ortszellen“bezeichnet. Er fand heraus, dass verschiedene Ortszellen für verschiedene Orte aktiviert wurden, an denen die Ratte gehen würde, was auf ein System der räumlichen Navigation hindeutet, das ihre anderen Sinne ausschließt.

Im Jahr 2005 führten die norwegischen Wissenschaftler Edvard und May-Britt Moser diese Forschung weiter aus und fanden heraus, dass Ortszellen Teil eines komplexeren Netzwerks von Zellen sind, die die Grundlage des räumlichen Gedächtnisses bilden und uns bei der Navigation helfen. Sie bezeichneten dies als Gittersystem, das sich an der Unterseite des Gehirns in einem Bereich befindet, der als entorhinaler Kortex (EC) bekannt ist und als Hauptschnittstelle zwischen dem Hippocampus und dem Neokortex fungiert.

Die Mosers führten eine Reihe von Experimenten durch, in denen sie Ratten von kleineren Gehegen in größere Gehege brachten, und stellten fest, dass Neuronen innerhalb der EG nicht nur an einzelnen Orten, sondern an mehreren Orten feuerten. Wenn die Ratten größere Gehege durchstreiften, feuerten die Neuronen in diesen Bereichen in einem gitterartigen Muster, daher der Name.

McNamara und sein Team beschlossen, diese Experimente noch einen Schritt weiter zu gehen, indem sie das Vorhandensein eines ähnlichen Gittersystems im menschlichen Gehirn testeten. Ausgehend von den unterschiedlichen Gehegen von Mosers veränderten die Forscher die Gehegegrößen mit menschlichen Probanden mithilfe von Virtual-Reality-Technologie. Sie fanden heraus, dass der Rasterabstand zunahm, wenn das Gehäuse größer wurde, und abnahm, wenn das Gehäuse kleiner wurde. Während die einzelnen Rasterzellen von sich aus keine bestimmten Orte identifizieren können, hat Ila Fiete von der University of Texas vor einigen Jahren festgestellt, dass sich Muster bestimmter Rasterzellen möglicherweise auf unterschiedliche räumliche Positionen übertragen lassen.

McNamara verwendete Fietes Modell, um ähnliche Experimente an Menschen durchzuführen, indem er mithilfe immersiver virtueller Realität sah, ob Menschen ein ähnliches Gitterzellensystem besitzen. Die virtuelle Realität führte die Teilnehmer durch unterschiedlich große Gehege, wo ihnen gesagt wurde, dass sie zu einer Reihe von Markierungen gehen sollten, die durch farbige Lichtsäulen dargestellt wurden, die einzeln auftauchten, aber verschwinden, wenn die Teilnehmer sie erreichten. Die Forscher blendeten dann die Ansichten der Teilnehmer aus und baten sie, noch einmal den ersten Marker zu finden und aufzuzeichnen, wie nahe sie seiner tatsächlichen Position waren. Während der ersten Versuche blieb das Gehäuse gleich groß, aber in den letzten Versuchen vergrößerten sich die Abmessungen des Gehäuses um 40 Prozent.

„In den meisten Fällen merken die Teilnehmer nicht einmal, dass sich die Größe des Geheges verändert hat“, sagte McNamara in einer aktuellen Pressemitteilung. „Aber wenn es sich ändert, sind die Positionen, an denen sie stoppen, deutlich weiter vom Ziel entfernt, als wenn das Gehäuse gleich bleibt. Wenn das Gehäuse größer wird, neigen sie dazu, zu unterschwingen, und wenn es kleiner wird, neigen sie dazu, zu überschwingen.“

Obwohl die Teilnehmer unter- und übersteuern, stimmte das Ausmaß, in dem sie das Ziel verfehlten, erschreckenderweise mit Fietes früheren Studien überein, die vorhersagten, dass das Gitterzellensystem, das Ratten leitet, auf die Proportionen des ursprünglichen Geheges fixiert war.

„Wir können immer noch nicht mit Sicherheit sagen, dass die Menschen ein Gitterzellensystem zum Navigieren verwenden“, sagte McNamara. „Aber wir können sagen, wenn Leute ein anderes System verwenden, scheint es sich genauso zu verhalten.“

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