Zellen für die Ortung: Medizin-Nobelpreis für die Entdeckung des „inneren GPS-Systems“

Andrea Wille | 6. Oktober 2014

Autoren und Interessenkonflikte


Prof. Dr. John O’Keefe

Der Nobelpreis für Medizin geht in diesem Jahr zu einer Hälfte an Prof. Dr. John O’Keefe aus London und zur anderen Hälfte an das norwegische Forscherehepaar Prof. Dr. May-Britt Moser und Prof. Dr. Edvard Moser. Die 3 Neurowissenschaftler werden für ihre Entdeckung der für den Orientierungssinn zuständigen Zellen im Gehirn geehrt, wie das Karolinska-Institut in Stockholm heute mitteilte. „Es ist ein Preis für eine grundlegende Entdeckung zur Funktionsweise unseres Gehirns“, erklärte Göran K. Hansson, der Sekretär des Nobel-Komitees.

Mit ihrer Forschung kommen die Grundlagenforscher der Antwort auf jene Fragen näher, die Wissenschaftler seit Jahrhunderten beschäftigen: „Wie wissen wir, wo wir sind?“, „Wie finden wir den Weg von A nach B?“ „Wie können wir diese Information in einer Art speichern, die es uns erlaubt, den Weg beim nächsten Mal direkt wiederzufinden?“

Einen wichtigen Grundstein legte 1948 der Psychologe Edward Tolman, der Ratten in ein Labyrinth setzte und dabei beobachtete wie sie lernten, sich zu orientieren. Damals postulierte er eine kognitive Karte, die es den Ratten ermöglicht, den Weg zu finden. Doch die Frage blieb, wie eine solche Karte im Gehirn repräsentiert sein könnte. Zudem greifen während der Orientierung im Raum multi-modale sensorische Informationen ineinander: Um die Position im Raum oder in der Umwelt wahrzunehmen, müssen die Distanzen zu anderen Objekten bestimmt werden, die wiederum aus Bewegung und vorangegangene Positionen abgeleitet werden. Wie muss also die zelluläre Basis für solche höheren kognitiven Fähigkeiten aussehen?

„Es ist ein Preis für eine grundlegende Entdeckung zur Funktionsweise unseres Gehirns.“
Göran K. Hansson

1971: O’Keefe entdeckt die Ortszellen

Die nun mit dem Nobelpreis ausgezeichneten Neurowissenschaftler konzentrierten sich auf der Suche nach dem Orientierungssinn zunächst auf Gehirne von Ratten. 1971 entdeckte O’Keefe die erste Komponente der zellulären Grundlage des Orientierungssinns: Eine Gruppe von Nervenzellen im Hippocampus war immer dann aktiv, wenn sich die Ratte an einem bestimmten Platz im Raum befand. Andere Nervenzellen waren wiederum aktiv, wenn die Ratte an einem anderen Platz saß [1].

O’Keefe schloss daraus, dass die Kombination der Aktivität vieler verschiedener „Ortszellen“ eine neuronale Karte als Repräsentation der Umwelt erzeugt [2]. Darüber hinaus spricht O’Keefe diesen Ortszellen stabile Gedächtnisfunktionen zu, so dass die Erinnerung einer Umgebung als spezifische Verschaltung von Ortszellen gespeichert wird.

2005: Das Forscherehepaar Moser entdeckt die Rasterzellen


Prof. Dr. May-Britt Moser

Mehr als 3 Jahrzehnte später, im Jahr 2005, entdeckte das Forscherehepaar Moser eine weitere wichtige Komponente des Orientierungssinns, die so genannten „Rasterzellen“ im benachbarten entorhinalen Kortex [3]. Bestimmte Nervenzellen dieser Gehirnregion waren immer dann aktiv, wenn die Ratte bestimmte Positionen im Raum passierte, die zusammen ein hexagonales Raster formten.

Jede Zelle reagierte in einem einzigartigen räumlichen Muster innerhalb dieses hexagonalen Rasters, das bis dato bei keinen anderen Gehirnzellen beobachtet worden ist. Das Forscherehepaar schloss daraus, dass diese Nervenzellen zusammen eine Art Koordinatensystem generieren, das die präzise Positionierung und Wegfindung ermöglicht.

Ihre weitere Forschung zeigte, wie Raster- und Ortszellen als Teil des Orientierungssinns zusammenarbeiten [4]. Denn gemeinsam mit anderen Zellen des entorhinalen Kortex, die beispielsweise die Richtung des Kopfes der Ratte und die Grenzen des Raumen erkennen, formen sie mit den Ortszellen des Hippocampus ein Netzwerk: Das „innere GPS-System“ des Gehirns.


Prof. Dr. Edvard Moser

Besseres Verständnis der Symptome der Alzheimererkrankung

Anhand bildgebender Verfahren und Studien mit Patienten, die sich aufgrund bestimmter Erkrankungen hirnchirurgischen Operationen unterziehen mussten, konnten Belege dafür gesammelt werden, dass Orts- und Rasterzellen auch im Menschen existieren. Diese Erkenntnisse sind nicht nur ein Thema der Grundlagenforschung, sondern beispielsweise für die Therapieforschung der Alzheimerdemenz relevant.

Alzheimerpatienten verlieren bereits in der frühen Phase der Krankheit die Orientierung, sie verlaufen sich oder erkennen ihre Umwelt nicht. Zeitgleich wird eine verminderte Funktionsfähigkeit oder das Absterben von Nervenzellen im Hippocampus und im entorhinalen Kortex beobachtet. Ein besseres Verständnis der zugrundeliegenden Mechanismen des Orientierungssinns könnte daher dem Stockholmer Komitee zufolge neue Perspektiven für die Therapie dieser neurodegenerativen Erkrankung eröffnen.

Im letzten Jahr wurde der Deutsche Thomas Südhof gemeinsam mit seinen US-Kollegen James Rothman und Randy Schekman für die herausragende Forschungsarbeit über Transportsysteme in Zellen mit dem Nobelpreis ausgezeichnet. Am Dienstag wird die Jury die Preisträger der Nobelpreise für Physik und am Mittwoch für Chemie bekanntgeben.

Referenzen

Referenzen

  1. O'Keefe J, Dostrovsky J: Brain Res 1971;34:171-175
    http://dx.doi.org/10.1016/0006-8993(71)90358-1
  2. O´Keefe J: Exp Neurol 1976;51:78-109
    http://dx.doi.org/10.1016/0014-4886(76)90055-8
  3. Hafting T, et al: Nature 2005;436:801-806
    http://dx.doi.org/10.1038/nature03721
  4. Fyhn M, et al: Nature 2007;446:190-194
    http://dx.doi.org/10.1038/nature05601

Autoren und Interessenkonflikte

Andrea Wille
Es liegen keine Interessenkonflikte vor.

O’Keefe J, Dostrovsky J, Hafting T, Fyhn M: Erklärungen zu Interessenkonflikten finden sich in den Originalpublikationen.

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