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Wissen & Umwelt

Wie orientieren wir uns?

Wie orientieren sich Lebewesen? Und was hat das mit Alzheimer zu tun? Zwei norwegische Wissenschaftler sind diesen Fragen nachgegangen. Für die Ergebnisse haben sie den renommierten Körber-Preis erhalten.

"Wir erforschen, wie das Gehirn arbeitet. Dazu nutzen wir Ratten und ihren Appetit auf Schokolade", so Edvard und May-Britt Moser. Die Schokolade ist eine Art Belohnung für die Ratten. Die bekommen sie nach den verschiedenen Tests, die sie durchlaufen. Die Tiere sind äußerst wichtig für die Forschungsarbeit der beiden Norweger. Mit ihrer Hilfe versucht das Ehepaar Moser herauszufinden, wie sich Ratten in einem Raum zurechtfinden. Dabei entdeckten sie 2005 spezielle Hirnnervenzellen, die sogenannen "Rasterzellen". Dafür erhalten sie am Freitag (5. September) in Hamburg den renommierten Körber-Preis für die Europäische Wissenschaft.

Die Orientierung im Raum

Porträt - Körber Preis 2014 May-Britt und Edvard I. Moser (Foto: Körber-Stiftung).

May-Britt und Edvard Moser forschen im norwegischen Trondheim

Rasterzellen bilden im Gehirn ein imaginäres Koordinatennetz aus Sechsecken, ein Raster. Das sei ähnlich wie die Kacheln im Badezimmer, sagt Edvard Moser. "Die Zellen sind Teil einer inneren - einer mentalen - Landkarte. Sie signalisieren die Entfernungen, die die Ratte zurücklegt. Um das im Gehirn zu messen, benutzen wir sehr dünne Elektroden. Die werden zwischen die Nervenzellen platziert und registrieren dann die elektrischen Signale der Zellen."

Der Ratte wird also ein Implantat ins Gehirn gepflanzt. Am Kopf wird dann ein Kabel angebracht, das wiederum mit einem Computer verbunden ist. So können die Forscher die einzelnen Impulse im Gehirn der Ratte messen und herausfinden, was passiert.

Die imaginäre Landkarte, die im Gehirn der Ratten entsteht, wird in Tausenden verschiedenen Zellen abgespeichert. Kommt das Tier dann ein weiteres Mal an denselben Ort, wird die Landkarte für die Orientierung abgerufen.

Ratten und Mäuse eignen sich besonders gut für derartige Experimente, so Moser. "Sie müssen in der Natur den richtigen Weg finden, deshalb können sie sehr gut navigieren und imaginäre Karten im Gehirn entwickeln. Wir können eine Menge lernen, wenn wir sie studieren."

Zusammenspiel verschiedener Zellen

Neben den Rasterzellen, sind weitere Zellen entscheidend für die Orientierung im Raum. Die Grenzzellen zum Beispiel. Auch die haben die beiden Hirnforscher entdeckt.

Sie treten in Aktion, wenn sich die Ratte einem Hindernis nähert, einer Wand etwa oder einem Gegenstand. Die Grenzzellen und die Rasterzellen interagieren mit einer dritten Art, den sogenannten Kopfrichtungszellen.

Die sind der Kompass und geben Signale ab, wenn die Ratte den Kopf in eine bestimmte Richtung dreht. Diese verschiedenen Zellen wiederum sind die Bausteine für die so genannten Ortszellen. "Die wurden bereits vor etwa 40 Jahren entdeckt", sagt Moser.

Sie sind im Hippocampus angesiedelt, dem Bereich des Gehirns, der bei der Erinnerung eine große Rolle spielt. Es gibt noch viele weitere Zellen. "Vielleicht gibt es welche, die uns sagen, mit welcher Geschwindigkeit wir uns bewegen. Da ist noch kein Ende in Sicht", glaubt Moser. Mit diesen Erkenntnissen konnte das Forscherpaar eine Denkleistung messbar machen.

Hirnaufnahme Uniklinik Leipzig (Foto: Waltraud Grubitzsch/dpa).

Probleme mit der Orientierung sind ein erstes Anzeichen für Alzheimer

Neue Ansätze für die Alzheimer-Forschung?

Neueren Forschungsergebnissen zufolge gibt es Rasterzellen in ähnlicher Form wie bei Ratten auch beim Menschen. Die Erkenntnisse der beiden norwegischen Wissenschaftler könnten auch einen großen Schritt für die Alzheimer-Forschung bedeuten. Denn Patienten mit dieser Diagnose leiden meist als Erstes darunter, dass ihre Orientierung stark eingeschränkt ist.

Die Zellen, die die Mosers erforschen, sind in einem Bereich des Gehirns, um den es auch bei Alzheimer-Patienten geht. "Scannt man das Gehirn eines Alzheimer-Patienten, kann man sehen, dass es schon weit vor der eigentlichen Diagnose Veränderungen im Gehirn gibt." Das passt auch zu der Tatsache, dass die Fähigkeit, sich zu orientieren, das Erste ist, was sich bei Alzheimer verändert, was nachlässt. "Wir versuchen zu verstehen, nach welchen Prinzipien das Gehirn arbeitet. Wenn wir das wissen, werden wir vielleicht nicht nur Alzheimer behandeln können, sondern viele andere neurologische Erkrankungen."

Ein renommierter Preis

Verliehen wird der Körber-Preis in diesem Jahr zum 30. Mal. Er geht an Forscher, die in Europa leben und arbeiten. Dotiert ist er mit 750.000 Euro. Die sollen für die weitere wissenschaftliche Arbeit verwendet werden. "Es zeichnet den Preis aus, dass er nicht nur einen bereits erreichten Durchbruch prämiert", erklärt Matthias Mayer von der Körber-Stiftung. "Er stellt auch Preisträger in den Mittelpunkt, die den Zenit ihrer wissenschaftlichen Laufbahn noch gar nicht überschritten haben, sondern von denen noch so einiges zu erwarten ist."

Hirnforscher aus Leidenschaft

Das Gebiet der Raumorientierung beschäftigt die Forschung schon seit Jahrzehnten. May-Britt und Edvard Moser und ihre Teams sind auf diesem Gebiet zu außergewöhnlichen Erkenntnissen gekommen. Mit Hirnforschung haben sich die 51-jährige May-Britt und der 52-jährige Edvard schon seit ihrem Studium an der Universität Oslo beschäftigt.

Seit 1996 leben und forschen sie nun im norwegischen Trondheim, 2002 gründeten sie das "Zentrum für die Biologie des Gedächtnisses". 2007 wurde es in das Kavli-Institut für systemische Neurowissenschaften umgewandelt. Bei beiden dreht sich alles um das Gehirn von Lebewesen und was darin vor sich geht. "Es ist wie in uns selbst hineinzuschauen. Es ist unheimlich und faszinierend zugleich. Für mich persönlich ist es eher faszinierend, denn man hört nie auf, darüber zu staunen, wie clever dieses System funktioniert."

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