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Medizin-Nobelpreis: So funktioniert unser Navi im Gehirn

Wie kommen wir von A nach B? Und welchen Schleichweg gibt es? Eine Art Navi im Gehirn hilft uns dabei, die Orientierung zu behalten. Für dessen Entdeckung gab es jetzt den Nobelpreis.

Von Lea Wolz

Täglich gehen wir zur Arbeit - und kommen an. Täglich laufen wir nach Hause - und finden den Weg zur unserer Wohnung, ohne das Navi einschalten zu müssen und ohne gegen Bäume und Hauswände zu laufen. Was so selbstverständlich klingt, ist eine Meisterleistung unseres Gehirns: Diesem gelingt es, die Außenwelt abzubilden und uns durch den Dschungel aus Häuserschluchten, Alleen und Schleichwegen, über Stock und Stein zu manövrieren.

Doch wie genau ist das möglich? Woher wissen wir, wo wir sind? Wie finden wir den Weg von einem Ort zum anderen? Und wie speichern wir die Informationen, damit wir beim nächsten Mal den Pfad wiederfinden? Die diesjährigen Medizin-Nobelpreisträger haben Antworten auf diese Fragen gefunden, indem sie eine Art Navigationssystem des Gehirns entdeckt haben - ein Zellnetzwerk, das uns die Orientierung im Raum ermöglicht.

Die drei Hirnforscher John O'Keefe sowie das norwegische Ehepaar May-Britt und Edvard Moser kennen sich seit vielen Jahren. In den Neunzigern erhielten die beiden Mosers eine Postdoc-Stelle in dem Labor von O'Keefe am University College London. Das junge Ehepaar, das sich Anfang der 1980er Jahre an der Universität Oslo kennengelernt hatte, kehrte allerdings von London schon bald wieder nach Norwegen zurück, um gemeinsam an der Technischen und Naturwissenschaftlichen Universität Trondheim zu forschen und zu unterrichten.

Eine innere Landkarte

Die Grundlagen, auf die die beiden Mosers ihre Arbeit aufbauten, hatte John O'Keefe bereits 1971 gelegt. Er entdeckte die erste Komponente des "Hirn-Navis": sogenannte Ortszellen, die er im Hippocampus fand - einer für das Gedächtnis und das Lernen zuständigen Region im Gehirn. Eine bestimmte Zelle feuerte immer dann, wenn sich die Ratte an einem bestimmten Platz befand, etwa an der Trinkflasche des Käfigs. Wechselte das Versuchstier den Ort, war eine andere Ortszelle aktiv. O'Keefe schlussfolgerte, dass das Gehirn mithilfe der Aktivitätsmuster dieser Zellen eine Art innere Landkarte des Raums formt. Besser gesagt: Für unterschiedliche Räume liegen unterschiedliche Aktivitätsmuster - und damit Landkarten - vor.

Der Dritte im Bunde: Hirnforscher John O'Keefe

Der Dritte im Bunde: Hirnforscher John O'Keefe

Mehr als 30 Jahre später, im Jahr 2005, entdeckten der heute 52-jährige Edvard Moser und seine ein Jahr jüngere Frau eine weitere wichtige Komponente des GPS-Systems im Gehirn: Zellen, die eine Art Koordinatensystem aufspannen, damit den Raum überziehen und es so ermöglichen, dass wir präzise manövrieren und Wege wiederfinden. Die Mosers bezeichneten diese als Zellen als "Gitterzellen". Sie befinden sich in einer ebenfalls für das Gedächtnis wichtigen Region im Gehirn - dem sogenannten entorhinalen Cortex, der eng mit dem Hippocampus verknüpft ist. Gemeinsam mit den Ortszellen bilden die Gitterzellen eine Art Navi im Gehirn.

Anders als die Ortszellen feuern die Gitterzellen allerdings nicht nur, wenn sich das Tier an einem bestimmten Punkt im Raum befindet. "Die Zellen sind häufiger aktiv", sagt Andreas Herz, Neurobiologe an der Uni München. "Sie feuern an vielen Orten, an denen sich das Tier aufhält. Diese Punkte sind allerdings nicht beliebig, sondern sie bilden die Kreuzungspunkte eines sechseckigen Gitters." Anders als bei den Ortszellen weiß man daher nicht genau, wo sich das Tier befindet. "Aber wenn ich viele Gitterzellen zusammennehme, kann ich aus deren Aktivitätsmustern den Raum viel genauer vermessen, als das mit Ortszellen der Fall ist", sagt Neurobiologe Herz. Auch Distanzen lassen sich so ermitteln.

Auch Nagetiere, Fledermäuse und Affen besitzen Orts- und Rasterzellen. Beim Menschen wurden diese Zellen und ähnliche Netzwerke ebenfalls nachgewiesen. 2008 entdeckten die Mosers zudem sogenannte Grenzzellen, die Signale senden, wenn sich eine Ratte einem großen Hindernis nähert. Zudem gibt es eine Art Kompass aus Kopfrichtungszellen, die die jeweilige Blickrichtung mit der inneren Karte abgleichen.

"Leidenschaftliche und warmherzig Forscher"

Die Entdeckungen der drei Neurowissenschaftler seien bahnbrechend, schreibt das Nobelpreis-Komitee. "Sie geben Einblicke, wie geistige Funktionen im Gehirn abgebildet werden und wie das Gehirn komplexe kognitive Funktionen und Verhaltensweisen verarbeitet." Zudem würden sie Hinweise darauf liefern, wie räumliches Erinnerungsvermögen entstehe. Nach Auffassung des Nobel-Komitees hat die Entdeckung des Navis im Hirn zu einem "Paradigmenwechsel" geführt. "Sie hat neue Wege geöffnet für unser Verständnis über andere kognitive Prozesse wie Erinnern, Denken und Planen."

Die Entdeckung sei "von ziemlich großem Nutzen", lobt Juleen Zierath, die Vorsitzende des Nobel-Komitees. Aufbauend auf den Erkenntnissen könnte sich der eingeschränkte Orientierungssinn von Alzheimer-Patienten künftig verbessern lassen, hoffen Forscher. Denn der entorhinalen Cortex und der Hippocampus gehören zu den Strukturen, die bei Alzheimer zuerst zerstört werden. "Aber da sind wir noch nicht. Das wird noch Zeit brauchen", sagt Göran Hansson, Sekretär des Stockholmer Komitees. Auch für andere neurologische Krankheiten sind die Ergebnisse bedeutsam.

Der Medizin-Nobelpreisträger Edvard Moser hat mit großer Freude auf die Auszeichnung reagiert. "Ich bin voller Dankbarkeit. Das ist ein großartiger Moment", sagte er. "Ich war heute völlig unvorbereitet. Als ich aus dem Flugzeug kam, wusste ich nicht einmal, dass heute der Tag ist, an dem der Nobelpreis bekanntgegeben wird", sagte Moser.

"Aus meiner Sicht ist es in hohem Maße gerechtfertigt, dass diese drei Forscher den Nobelpreis erhalten", sagt auch Neurobiologe Herz. Die Forscher hätten eine Tür zum besseren Verständnis der Funktionsweisen unseres Gehirns aufgestoßen. "Die Arbeiten geben uns Hinweise auf grundlegende Fragen des Überlebens: Wie orientieren sich Säugetiere im Raum? Woher wissen sie, wo sie sind und wohin sie gehen wollen? Wie planen sie ihre Wege", sagt Herz.

Die Mosers kennt Herz auch persönlich. Er beschreibt sie als leidenschaftliche Forscher, als "sprühend, weltoffen, warmherzig und optimistisch". Besonders auffällig sei auch der hohe Frauenanteil in ihrem Team, zudem gebe es dort viele Forscher-Ehepaare. "Ich habe die beiden einmal darauf angesprochen und gefragt, ob sich die Nachwuchsforscher erst in dem Labor kennengelernt hätten. Manche ja, sagten die Mosers. Aber manche hätten sich auch als Paar beworben - beides sei recht vorteilhaft angesichts der dunklen Winter in Trondheim."

mit Agenturen