|
Wissenschaftler können vorhersagen, wohin eine Ratte als nächstes gehen wird, je
nachdem, wie Neuronen in ihrem Hippocampus feuern – Studie erschienen in Neuron
Klosterneuburg (ist) - So genannte Platzzellen senden Signale, wenn wir uns an einer bestimmten Position
befinden - diese Entdeckung brachte John O'Keefe, May-Britt Moser und Edvard Moser 2014 den Nobelpreis für
Medizin ein. Basierend darauf, welche Platzzelle feuert, können Wissenschaftler bestimmen, wo sich eine Ratte
befindet. Neurowissenschaftler können nun sagen, wohin eine Ratte als nächstes gehen wird, und zwar je
nachdem, welches Neuron feuert während die Ratte eine Aufgabe löst, die ihr Referenzgedächtnis testet.
Das ist das Ergebnis einer heute im Fachjournal Neuron veröffentlichten Studie, die von der Gruppe von Jozsef
Csicsvari am Institute of Science and Technology Austria (IST Austria) mit Erstautor und Postdoc Haibing Xu sowie
den ehemaligen Postdocs Peter Baracskay und Joseph O'Neill, der heute an der Universität Cardiff lehrt, durchgeführt
wurde.
Wissenschaftler können daraus, welche Platzzelle im Hippocampus Signale sendet, ableiten, wo sich eine Ratte
befindet. Manchmal entspricht jedoch die aktive Platzzelle nicht dem aktuellen Standort der Ratte. „Das gibt uns
einen Einblick darin, was das Tier über den Raum denkt", sagt Jozsef Csicsvari. "Wir haben dieses
Konzept benutzt, um zu verstehen, wie Ratten bei Aufgaben denken, die ihr räumliches Gedächtnis testen."
In den Experimenten navigierten Ratten durch ein Labyrinth mit acht Armen, drei davon enthielten Futter. Die Ratten
besuchten das Labyrinth erneut, so dass sie Erinnerungen daran hatten, wo die Belohnungen versteckt waren. Diese
Aufgabe trennt zwei verschiedene Formen des räumlichen Gedächtnisses: Referenz- und Arbeitsgedächtnis.
Das Referenzgedächtnis ist der Speicher, der es einer Ratte ermöglicht, sich daran zu erinnern, welche
Arme Belohnungen enthalten und welche nicht. Das Arbeitsgedächtnis ist das Gedächtnis, das den Überblick
darüber behält, welche Arme die Ratte noch nicht besucht hat und welche sie bereits besucht hat. Die
Forscher testen das reine Arbeitsgedächtnis, indem sie das Experiment so modifizierten, dass nur Arme, die
Belohnungen enthielten, geöffnet waren, oder testeten das reine Referenzgedächtnis, indem sie bereits
besuchte Arme schlossen.
Die Forscher fragten dann: Wie feuern Zellen, wenn Ratten durch ein Labyrinth navigieren, und wie unterscheidet
sich das Feuern zwischen Referenz- und Arbeitsgedächtnisaufgaben? In der Mitte des Labyrinths, bevor die Ratte
den nächsten Arm betritt, entspricht die Abfolge der Zellen, die feuern, entweder der Route im zuletzt besuchten
Arm genommen oder dem Arm, durch den die Ratte als nächstes laufen wird. Bei den Tests des Referenzspeichers
entspricht die Sequenz dem nächsten Labyrintharm, den die Ratte besuchen wird. Das gibt den Forschern einen
Einblick in die unmittelbaren Pläne der Ratte. „Das Tier denkt an einen anderen Ort als den, an dem es sich
befindet. Tatsächlich können wir vorhersagen, welchen Arm die Ratte als nächstes betreten wird",
erklärt Csicsvari.
Die Forscher können nicht nur vorhersagen, wohin die Ratte als nächstes gehen wird, sie wissen auch,
wann die Ratte einen Fehler machen wird, sagt Csicsvari: „Wenn die Ratte einen Fehler macht, erinnert sie sich
an einen zufälligen Weg. Basierend auf den Platzzellen können wir vorhersagen, dass die Ratte einen Fehler
machen wird, bevor sie ihn begeht." Die Vorhersage funktioniert allerdings nicht bei Aufgaben, die den Arbeitsspeicher
testen. Bei diesen entspricht das Feuern der Platzzellen jenem Arm, den das Tier zuletzt besucht hat.
Die Forscher gehen davon aus, dass das Gehirn verschiedene Strategien zur Lösung von Referenz- und Arbeitsgedächtnisaufgaben
einsetzt. "Mit dem Referenzspeicher navigiert das Gehirn und erinnert sich ‘das ein Ort ist, den ich besuchen
muss‘. Dabei wird der Hippocampus genutzt, der für räumliche Aufgaben wichtig ist. Der Arbeitsspeicher
ist abstrakter, jeder Ort ist ein Punkt auf der Liste zu besuchender Orte. Der Hippocampus signalisiert wahrscheinlich
dem präfrontalen Kortex, wo die Ratte war, und der präfrontale Kortex verfolgt, welche Gegenstände
er abhaken kann", fasst Csicsvari zusammen.
Über das IST Austria
Das Institute of Science and Technology (IST Austria) in Klosterneuburg ist ein Forschungsinstitut mit eigenem
Promotionsrecht. Das 2009 eröffnete Institut widmet sich der Grundlagenforschung in den Naturwissenschaften,
Mathematik und Informatik. Das Institut beschäftigt ProfessorInnen nach einem Tenure-Track-Modell und Post-DoktorandInnen
sowie PhD StudentInnen in einer internationalen Graduate School. Neben dem Bekenntnis zum Prinzip der Grundlagenforschung,
die rein durch wissenschaftliche Neugier getrieben wird, hält das Institut die Rechte an allen resultierenden
Entdeckungen und fördert deren Verwertung. Der erste Präsident ist Thomas Henzinger, ein renommierter
Computerwissenschaftler und vormals Professor an der University of California in Berkeley, USA, und der EPFL in
Lausanne
|
