Medizin-Nobelpreis 2014

Warum unsere Welt nicht durchs Raster fällt

Von Joachim Müller-Jung
 - 15:04
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Die Frage, warum wir selbst in einem abgedunkelten Raum von A nach B kommen und uns auch in unseren Träumen erstaunlich schnell ein Bild von jeder Umgebung machen können, ist inzwischen leicht zu beantworten. Dafür allerdings ist es im Detail nur schwer zu verstehen. In dieser Hinsicht hat das Positionierungssystem in unserem Gehirn viel Ähnlichkeit mit den technischen Apparaten, den GPS-Geräten, die inzwischen gewissermaßen zum Standardgepäck des mobilen Menschen gehören. Insofern könnte man auch die diesjährige Preisvergabe des Nobelpreises für Physiologie oder Medizin an die drei Hirnforscher, die das biologische Orientierungssystem im Gehirn dechiffrierten, als Tribut an den wissenschaftlich-technischen Zeitgeist auffassen.

Ein Tribut an den Zeitgeist?

In Wirklichkeit freilich haben der britische Neuropionier John O‘Keefe vom University College in London und das norwegische Forscherehepaar May-Britt und Edvard Moser vom Kavli-Institut für Kognitionsforschung in Trondheim weder die biologische Vorlage für die GPS-Technik geliefert, noch wurden sie selbst von der satellitengestützten GPS-Technologie inspiriert. Es handelt sich also um zwei unabhängige Lösungen für ein Problem, das man als Urproblem der Philosophie bezeichnen kann. Schon in der Antike - und erst Recht Immanuel Kant in der Mitte des 18. Jahrhunderts - wollten die für die Hirnforschung seinerzeit zuständigen Philosophen wissen, wie der Kopf im Raum und umgekehrt der Raum im Kopf wahrgenommen wird. Alles schien auch damals schon so real: Wenn wir aufwachen, staunen wir oft, wie wir uns buchstäblich schlafwandlerisch durch die virtuellen Räume und Zeiten bewegen.
Erst nach Jahrhunderten des Rätselns, in den siebziger Jahren des vergangenen Jahrhunderts, waren mit dem Aufblühen der physiologischen Hirnforschung die methodischen Voraussetzung dafür entwickelt worden, einzelne Hirnareale gezielt zu untersuchen.

Man müsste besser sagen: gezielt zu manipulieren. Versuche an Säugetieren waren spätestens von dieser Zeit an Standard in der Kognitionsforschung. Ohne die invasiven Experimente an Rattenhirnen wäre John O‘Keefe sicher nicht schon vor vierzig Jahren auf die so genannten Ortszellen gestoßen. O‘Keefe fand tief im Innern des Gehirns, im Hippocampus – der Gedächtniszentrale aller Säugetiere – diese besonderen „place cells“. Eine ganz bestimmte Nervenzelle in diesem Zell-Netzwerk feuert immer wieder spontan, wenn die Tiere eine bestimmte Stelle im Raum passieren. Andere Zellen sind für andere Punkte im Raum zuständig. Die Ortszellen sind gewissermaßen für ihre jeweiligen Raumkoordinaten kodiert. Betritt man einen anderen Ort, lässt sich dieselbe Nervenzelle allerdings auch umkodieren. Sie kann also mal für die linke untere Ecke im Raum zuständig sein, mal für die Oberseite in einem Halbrund.

In diesem Punkt unterscheiden sich die Gitterzellen, „grid cells“, die das Ehepaar May-Britt und Edvard Moser mehr als drei Jahrzehnte später bei Ratten entdeckt hat. In einem Hirnareal, das dem Hippocampus benachbart ist und nahe der Großhirnrinde liegt, fanden sie ein eigenartiges Muster. Offenbar sind in diesem als entorhinalen Kortex bekannten Bezirk, der zahlreiche Verbindungen zu anderen Hirnarealen unterhält, die Nervenzellen funktional wie in einer Bienenwabe angeordnet. Jede der Gitterzellen repräsentiert quasi eine Position im Raum. Und um jede Zelle in diesem Netzwerk befinden sich im Abstand von 60 Grad weitere vernetzte Hirnzellen. Der Raum ist damit lückenlos mit einem 3D-Koordinatensystem im Kopf abgebildet. Anders als die Ortszellen, die stark an den jeweiligen Ort gebunden sind, können diese Gitterzellen, wenn man sich durch einen Raum bewegt, fortlaufend aktiviert werden. Der Raum wird virtuell abgetastet. Jeder Aufenthaltsort wird quasi nacheinander durch mehrere Raster erfasst. Der Raum wird, auch wenn man nie den Raum betreten hat, durch die stufenweise Aktivierung der Gitterzellen erschlossen. Hinzu kommt die zeitliche Komponente. Je nachdem, wie schnell man sich bewegt, feuern die Nervenzellen schneller oder langsamer.

Mit den Aktivierungsmustern von Orts- und Gitterzellen, das wurde nach den Entdeckungen der Mosers klar, ist es offenbar nicht nur Ratten, sondern auch uns Menschen möglich, uns ein Bild von einem völlig abgedunkelten Raum zu machen. Erst acht Jahre nach der Beschreibung der Gitterzellen bei Fledermäusen und schließlich Affen, im vergangenen Jahr also, wurde die Raster-Navigation bei Epilepsie-Patienten und damit beim Menschen nachgewiesen.

So komplex und hochvernetzt die neuronale Vermessung der Welt auch stattfindet – sie könnte es nicht ohne den Input aus anderen Hirnarealen, die beispielsweise die Position des Kopfes und des Körpers oder die Richtung unseres Sehens erfassen. Selbst dieses Teilsystem des Gehirns ist also noch längst nicht wissenschaftlich vollständig dekodiert. Im Grunde ist sogar strittig, wozu es beides – Orts- und Gitterzellen – gleichzeitig geben muss.

Die Verhaltensforschung triumphiert

Der Brite O‘Keefe, der die eine Hälfte des mit 880.000 Euro dotierten Nobelpreises erhält, wollte ursprünglich herausfinden, wie das Gehirn unser Verhalten steuert. Und auch heute noch, mehr als vierzig Jahre später, forscht er noch an der exakten Dekodierung dieses natürlichen GPS-Systems. Daran wird erkennbar, wie weit die Hirnforschung inzwischen in Einzelaspekten zwar gekommen ist, wie schwierig es allerdings auch ist, daraus allgemeine Schlüsse über die Funktion des Gehirns zu ziehen – von seinen Fehlfunktionen ganz zu schweigen.

Dass das Nobelkomitee am Karolinska-Institut in seiner Begründung erwähnt hat, dass bei Alzheimer-Patienten oft im frühen Stadium die Orts- und Gitterzellen absterben, lässt uns deshalb leider noch längst nicht auch die Ursachen der Krankheit verstehen - und auch nicht lückenlos die genaue Funktionsweise des Hirn-GPS.

Der Medizin-Nobelpreis ist, so gesehen, nach längerer Zeit wieder eindeutig ein Physiologie-Preis. Wenn man so will, 31 Jahre nach dem ersten Verhaltens-Nobelpreis für Konrad Lorenz, Nikolas Tinbergen und Karl von Frisch.

Quelle: FAZ.net
Joachim Müller-Jung- Portraitaufnahme für das Blaue Buch "Die Redaktion stellt sich vor" der Frankfurter Allgemeinen Zeitung
Joachim Müller-Jung
Redakteur im Feuilleton, zuständig für das Ressort „Natur und Wissenschaft“.
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