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Science
10/06/2014

Medizin-Nobelpreis für das "GPS des Gehirns"

Der Nobelpreis für Medizin wurde 2014 an Forscher aus den USA und Norwegen wegen ihren Untersuchungen von Gehirnzellen ausgezeichnet, die der räumlichen Orientierung dienen.

Der Nobelpreis für Medizin 2014 geht zur Hälfte an den US-Forscher John O'Keefe (tätig am University College/in London) sowie zur weiteren Hälfte an das norwegische Wissenschafter-Ehepaar May-Britt und Edvard I. Moser (Technisch-Naturwissenschaftliche Universität Trondheim). Das gab das Nobelpreiskomitee am Montag in Stockholm bekannt. Die mit umgerechnet rund 870.000 Euro dotierte Auszeichnung erfolgt für Forschungen rund um Orientierungssinn und die Repräsentation von räumlichen Strukturen im Gehirn von Tier und Mensch.

GPS des Gehirn

"Die Entdeckungen von John O'Keefe (geb. 18. November 1939 in New York; Anm.), May-Britt Moser (geb. 1963 in Fosnavag/Norwegen; Anm.) und von Edvard I. Moser (geb. 27. April 1962 in Alesund) haben ein Problem gelöst, das Philosophen und Wissenschafter über Jahrhunderte hinweg beschäftigt hat. Wie macht sich das Gehirn einen Plan von dem uns umgebenden Raum und wie navigieren wir unseren Weg durch eine komplexe Umwelt", schrieb das Nobelpreiskomitee am Montag anlässlich der Bekanntgabe der Preisträger am Karolinska-Institut in Stockholm. Vor mehr als 200 Jahren hätte beispielsweise Immanuel Kant einfach angenommen, dass das Konzept des Raumes im Geist des Menschen "eingebaut" sei.

Die Verhaltenspsychologie des 20. Jahrhunderts hätte gezeigt, wie man räumliche Lernprozesse experimentell an Tieren untersuchen könnte. Die drei neuen Nobelpreisträger haben dafür die entsprechenden Gehirnstrukturen und sogar dafür verantwortliche Zellen identifiziert.

Messungen an Ratten

Den Beginn hatte John O'Keefe gemacht. Er erkannte durch elektrophysiologische Messungen an Ratten, dass bei den Tieren, wenn sie sich in Versuchsräumen an bestimmten Orten aufhielten, in der Gehirnregion Hippocampus jeweils einzelne Neuronen mehr oder weniger aktiviert waren. Diese Nervenzellen nannte man die "Place-Cells" (Platz-Zellen). Somit repräsentierten diese Gehirnzellen einen "kompletten Plan" der Umgebung, in der sich das Tier befindet. Die selben Mechanismen gibt es auch im Hippocampus ("Seepferdchen") des Menschen. Kommt es in dieser Region, einem der entwicklungsgeschichtlich ältesten Teile des Gehirns, zu einem Schlaganfall, können Patienten an Defekten ihrer Orientierungsfähigkeit leiden.

Die Fortsetzung fanden diese Forschungen mit Edvard I. Moser und seiner Frau May-Britt Moser. Sie arbeiteten unter anderem bei O'Keefe in London, gingen aber 1996 an die Technisch-Naturwissenschaftliche Universität in Trondheim nach Norwegen zurück.

Koordinatenzellen

Die Wissenschafter fanden im entorhinalen Cortex, einer Gehirnregion, die mit dem Hippocampus verknüpft ist, die sogenannten "Koordinaten-Zellen" ("Grid-Cells") bei Ratten. Diese geben für die "Platz-Zellen", die mit Ortsveränderung der Tiere unterschiedlich aktiviert werden, eine Art Rahmensystem ab, ein Koordinatensystem. Es ist ein hexagonales (sechseckiges) Koordinatensystem, das erst die Navigation ermöglicht.

Die Erkenntnisse der drei Wissenschafter sind laut Manuel Zimmer vom Institut für Molekulare Pathologie (IMP) in Wien in mehrfacher Weise extrem wichtig für das Verständnis der komplexen Abläufe im Gehirn. So kann man bei Ratten, welche in umschriebenen experimentellen Räumen die Orientierung lernen, an der Nervenzell-Aktivität im Gehirn beobachten, wie im Schlaf diese Erfahrungen rückläufig und im Zeitraffer-Format noch einmal ablaufen. "Das gibt Hinweise, wie das Speichern von komplexen Inhalten im Gehirn abläuft", so Zimmer. Außerdem kann man bei solchen Experimenten beobachten, wie die Versuchstiere bei der Konfrontation mit gleichen oder ähnlichen bereits "durchlaufenen" Räumen schon vorhersehen, was räumlich kommen muss. Mittlerweile habe man dieses GPS-System auch bereits dreidimensional bei Fledermäusen nachgewiesen, fügte Zimmer hinzu.

Die drei mit dem Nobelpreis für Physiologie und Medizin in diesem Jahr ausgezeichneten Wissenschafter seien zugänglich. "Sie sind keine abgehobenen Wissenschafter", sagte der IMP-Forscher abschließend. Der Nobelpreis sei ihnen auf jeden Fall verdienterweise zuerkannt worden. Die Verleihung findet am 10. Dezember, am Todestag des Preisstifters, Alfred Nobel, statt.