Räumliche navigation ist eine wesentliche kognitive Funktion, die ist Häufig gestört in Patienten, die an neurologischen und psychiatrischen Erkrankungen. Forschergruppen weltweit untersucht haben, der neuronalen basis der räumlichen navigation ist, und die Aktivität von einzelnen Nervenzellen und large cell assemblies im Gehirn zu spielen scheinen eine entscheidende Rolle in dem Prozess. Jedoch, die Beziehung zwischen dem Verhalten von einzelnen Zellen und das Verhalten von large cell networks hat zum größten Teil noch unerforscht.
Verschiedene Theorien zu diesem Thema wurden vorgetragen von einem internationalen team in der Fachzeitschrift Trends in Cognitive Sciences vom 24 Mai 2019. Der review-Artikel wurde gemeinsam verfasst von Dr. Lukas Kunz von der University Medical Center in Freiburg, Professor Liang Wang von der chinesischen Akademie der Wissenschaften in Peking, und Professor Dr. Nikolai Axmacher von der Ruhr-Universität Bochum gemeinsam mit Kollegen von der Columbia University in New York.
Das Gehirn ist ein GPS-system
Zahlreiche tierexperimentelle Studien haben gezeigt, dass das Gehirn enthält spezialisierte Nervenzellen, die wichtig für die navigation. Die Aktivität der so genannten place cells codes eines Individuums bestimmte Stelle im Raum. „Zusammen mit anderen Nervenzellen, wie grid-Zellen, Sie bilden eine Art GPS-system im Gehirn“, erklärt Nikolai Axmacher, Leiter der Abteilung Neuropsychologie in Bochum.
Studien mit Menschen, auf der anderen Seite, haben in der Regel konzentriert sich auf die Aktivität von großen neuronalen Netzwerken und identifiziert großflächige Hirnareale, die relevant sind für die räumliche navigation.
Unabhängig voneinander zwei Forschungsgruppen—eine in New York und ein Netzwerk in Bochum, Freiburg und Beijing haben vor kurzem identifiziert eine mögliche Verknüpfung zwischen den einzelnen-cell-Skala und die Netzwerk-Skalierung. In Ihrem Artikel, die teams stellten Ihre Theorie, basierend auf den Ergebnissen der jeweiligen Experimente.
Potenziellen Zusammenhang zwischen den Skalen entdeckt
Die Gruppen, analysiert die rhythmische Aktivität des Gehirns der Zelle Assemblys im sogenannten entorhinalen Kortex. Dies ist, wo der grid-Zellen befinden sich im Gehirn, wurden im detail charakterisiert, die in Studien an Tieren und deren Funktion im räumlichen Orientierung gezeigt hat-auf die einzelne Zelle-Skala. Die Forscher fanden heraus, Eigenschaften, die in den größeren rhythmische Gehirnwellen sind ähnlich denen, die zuvor beschrieben wurden für die einzelnen Zellen.
Aber was ist die Beziehung zwischen Gehirn-Oszillationen und die Aktivität einzelner Nervenzellen? Eine Theorie geht davon aus, dass benachbarte Zellen code an ähnlichen Orten; dieses räumliche Muster könnte sich in den Schwingungen. Ein weiteres Modell geht davon aus, dass eine höhere Anzahl von verschiedenen Zellen aktiviert wird, die während der navigation in bestimmte Richtungen als in anderen Richtungen, die wiederum führt möglicherweise zu erhöhten Schwingungen.
„Damit die EEG-Oszillationen werden kann, stellt die Verbindung zwischen den einzelnen Zellen und größere Netzwerke, die in der Regel untersucht, die in den Menschen“, schließt Axmacher.
Alternative Theorie
Die Forscher sind auch in der eine völlig andere interpretation: „Es ist ebenso denkbar, dass die neuronale Phänomene auf der individuellen-cell-Skala und die Netzwerk-Skalierung sind nicht miteinander verknüpft“, sagt Lukas Kunz, Neurowissenschaftler an der University Medical Center in Freiburg. „Beide Skalen zugrunde liegen kann räumliches Verhalten, Sie können aber nicht direkt miteinander verwandt.“