GPS-ähnliche Gitterzellen im menschlichen Gehirn

Wissenschaftler haben selten die Möglichkeit, das Verhalten einzelner Zellen tief in einem lebenden menschlichen Gehirn zu studieren. Einem US-amerikanischen Team wurde jedoch die Möglichkeit gegeben, bei Epilepsiepatienten, die Elektroden tief in ihrem Gehirn implantierten, menschliche Gehirnaufnahmen zu machen. Die Forscher entdeckten, dass Menschen wie andere Tiere eine Art Gehirnzelle zu haben scheinen, die sich wie ein GPS verhält.

Wissenschaftler hatten bereits entdeckt, dass die Gehirne von Nagetieren und nichtmenschlichen Primaten "Gitter" -Zellen haben, die den Tieren helfen, ihren relativen Standort zu verfolgen, wenn sie in einer unbekannten Umgebung navigieren.

Gitterzellen senden Signale an eine andere Gruppe von Zellen, die als Ortszellen bezeichnet werden, und beide senden Signale an den Hippocampus, einen Bereich des Gehirns, der für die Bildung des Gedächtnisses wichtig ist. Zusammen tragen die beiden Zellgruppen dazu bei, ein geistiges Bild davon zu machen, wo sich das Tier in seiner Umgebung befindet.

Abgesehen von einer Studie aus dem Jahr 2010, in der nicht-invasive Hirnscans vorgeschlagen wurden, um Gitterzellen in menschlichen Gehirnen zu finden, ist diese neueste Studie die erste, die direkte Beweise für die Aktivität von Gitterzellen in menschlichen Gehirnen zeigt.

Joshua Jacobs, der ein kognitives Gehirn-Dynamik-Labor an der Drexel University in Philadelphia, Pennsylvania betreibt, und Kollegen schreiben über ihre Ergebnisse in dieser Woche in der Online-Ausgabe von Nature Neurologie.

Gitterzellen erhalten ihren Namen von dem dreieckigen Gittermuster, das sie zur Darstellung der räumlichen Position zu verwenden scheinen. Stellen Sie sich vor, Sie stehen auf einem gemusterten Boden aus ineinandergreifenden Dreiecksformen. Wenn Sie herumlaufen, gehen Sie von einem Dreieck zum anderen über. Gitterzellen scheinen ein solches Gittermuster zu kartieren, weil ihre Aktivität beim Durchqueren des Gitters zunimmt.

Dieses Zellverhalten, das sich von dem anderer Gehirnzellen unterscheidet, erlaubt es dem Gehirn zu verfolgen, wie weit Sie von einem Ausgangspunkt oder von Ihrem letzten Zug gereist sind. Diese Art der Navigation wird Pfadintegration genannt.

Jacobs sagte der Presse:

"Es ist wichtig, dass dieses Rastermuster so konsistent ist, weil es zeigt, wie Personen ihren Standort auch in neuen Umgebungen mit inkonsistenten Layouts verfolgen können."

Elektroden-implantierte Epilepsiepatienten navigierten Videospiel

Für ihre Studie zeichnete das Team Gehirnaktivität bei 14 Epilepsiepatienten auf, als sie ein Videospiel auf einem Laptop in ihren Krankenhausbetten spielten. Die Patienten unterzogen sich einer Behandlung, bei der Elektroden tief in ihrem Gehirn implantiert werden mussten.

In dem Videospiel verwendeten die Patienten einen Joystick, um ein Fahrrad zu steuern, das sie um ein weit geöffnetes Gelände "ritten". Sie mussten Objekte von verschiedenen Punkten in einer unbekannten Umgebung navigieren und abrufen und dann abrufen, wo sich die Objekte befanden.

Zuerst hatten sie Testläufe, bei denen sie die Objekte von weit her sehen konnten. Dann waren die Objekte unsichtbar und sie mussten von der Mitte der Karte aus beginnen und die Objekte finden. Wenn das Fahrrad direkt vor einem Objekt war, wurde es sichtbar.

In der Schlussphase des Spiels haben die Forscher die Patienten gebeten, zu bestimmten Objekten zu radeln.

Während dieser verschiedenen Phasen des Spiels beobachteten die Forscher die Aktivität einzelner Zellen im Gehirn der Patienten. Sie haben gesehen, wie verschiedene Rasterzellen zu unterschiedlichen Zeiten ausgelöst wurden, je nachdem, wo sich der Patient auf dem Gitter befand.

Jacobs sagt, dass das dreieckige Gittermuster eine Schlüsselrolle bei der Navigation spielt und erklärt:

"Ohne Gitterzellen ist es wahrscheinlich, dass Menschen häufig verloren gehen oder nur auf Landmarks navigieren müssen. Gitterzellen sind daher entscheidend, um den Standort in einer Umgebung zu bewahren."

Senior Autor Michael Kahana, ein Neurowissenschaftler und Professor für Psychologie an der Universität von Pennsylvania, fügt hinzu:

"Der gegenwärtige Befund von Gitterzellen im menschlichen Gehirn, zusammen mit der früheren Entdeckung von menschlichen" Ortszellen "im Hippocampus, die an einzelnen Orten feuern, liefern überzeugende Beweise für ein gemeinsames Kartierungs- und Navigationssystem, das über Menschen und niedere Tiere hinweg erhalten wird."

Die Gitterzellen bei den menschlichen Patienten wurden in einem Teil des Gehirns gefunden, der als entorhinaler Cortex bekannt ist, wo sie auch in Tieren gefunden wurden.

Der entorhinale Kortex ist eine der ersten Gehirnregionen, die bei der Alzheimer-Krankheit betroffen sind. Jacobs sagt, dass das Verständnis von Gitterzellen uns helfen könnte, besser zu verstehen, warum Menschen mit Alzheimer diosorientiert werden und vielleicht sogar einen Weg finden, ihre Gehirnfunktion zu verbessern.

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