Kartierung der sozialen Landschaft

Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler identifizieren „soziale Ortszellen“ im Gehirn, die auf die Positionen anderer im räumlichen Umfeld reagieren.
12.08.2018

Ob wir nun einen Mannschaftssport betreiben oder einfach mit der Familie durch den Park schlendern, wir sind uns der Positionen unserer Mitmenschen stets bewusst – und wissen, wohin sie sich bewegen. Wissenschaftler haben in den letzten Jahrzehnten Neuronen, sogenannte „Ortszellen“ in unserem Gehirn identifiziert, die unsere eigene Position in der Umgebung kodieren, aber wie unsere Gehirne die Positionen anderer abbilden, ist bisher ein Rätsel. Neue Forschungsergebnisse des Weizmann Institute of Science an Fledermäusen, die heute in Science veröffentlicht wurden, zeigen eine Subpopulation von Neuronen, die die genaue Position anderer Fledermäuse kodieren, die in der Nähe fliegen.

„Fledermäuse sind, wie der Mensch, soziale Tiere; sie sind überragende Navigationskünstler und sind sich anderer Fledermäuse in ihrer räumlichen Umgebung sehr bewusst“ sagt Prof. Nachum Ulanovsky von der Neurobiologie-Abteilung des Instituts, der die Studie leitete. Ulanovskys Forschung mit ägyptischen Fruchtfledermäusen konzentriert sich auf die Ortszellen, die sich in einem Teil des Gehirns befinden, der Hippocampus genannt wird. Diese Zellen, die uns und anderen Säugetieren dabei helfen, die inneren kognitiven Landkarten zu bilden, mit denen wir durch unsere Umwelt navigieren, brachten ihren Entdeckern 2014 den Nobelpreis ein. Neuere Forschungen deuten darauf hin, dass der Hippocampus auch eine Rolle in der sozialen Interaktion spielen könnte. So fragten Ulanovsky und sein Team, darunter Dr. David Omer, Dr. Liora Las und die Doktorandin Shir Maimon, wie sich diese beiden Funktionen, Ort und Soziales, in diesem Teil des Gehirns überschneiden könnten.

Ulanovsky und sein Team entwarfen eine experimentelle Lernsituation für die Fledermäuse in ihrem einzigartigen „Fledermauslabor“, in dem zwei Fledermäuse – ein „Lehrer“ und ein „Schüler“ – zusammengeführt wurden. Der Schüler beobachtete zunächst, wie der Lehrer zufällig zu einem der „Obststände“ im Labor und zurück zu seiner Stange flog. Nach durchschnittlich etwa 13 Sekunden folgte der Schüler dem Weg des Lehrers zum Futter.

Um herauszufinden, was in den Gehirnen der Fledermäuse vor sich ging, wurde jede Fledermaus mit einem kleinen kabellosen Aufzeichnungsgerät, einem sogenannten neuronalen Logger, und winzigen Elektroden ausgestattet, die es den Forschern ermöglichten, die Aktivität von fast 400 Gehirnzellen im vorderen Bereich des Hippocampus aufzuzeichnen. Diese winzigen Elektroden und Aufzeichnungsgeräte, die Ulanovsky und sein Team im Laufe der Jahre entwickelt haben, stören die Aktivitäten der Fledermäuse in keiner Weise. „Der schwierigste Teil der Experimente bestand darin, die beiden Fledermäuse daran zu hindern, zusammen wegzufliegen, denn eine musste an Ort und Stelle bleiben, damit wir die Ortszellen der eigenen Position von denen der Position des anderen unterscheiden konnten“, so Ulanovsky. „Der Trick dabei war, die Alphamännchen der Gruppe zu identifizieren und sie zu Lehrern zu machen – das brachte die Schüler dazu, Respekt zu zeigen und nicht zusammen mit den Lehrern zu fliegen.“

Die Ergebnisse dieser Experimente bestärken die These, dass unser Gehirn nicht nur eine kognitive Karte unserer Position in der räumlichen Umgebung erstellt, sondern auch eine Karte, die die Positionen anderer Lebewesen abbildet. Als die Schüler-Fledermäuse alleine durch den Laborraum navigierten, waren ihre Ortszellen natürlich aktiv. Aber als sie nicht flogen und die Lehrer-Fledermäuse beobachteten, bildeten etwa 18 % ihrer Hippocampuszellen die Position der anderen Fledermaus ab – das heißt, sie wurden aktiv, als der Lehrer durch einen bestimmten Teil des Raumes flog. Weitere Analysen deuteten darauf hin, dass etwa die Hälfte dieser Zellen abwechselnd als normale Ortszellen oder als soziale Ortszellen fungierten, die die andere Fledermaus lokalisierten, während andere nur auf die Position der anderen Fledermaus ansprachen.

Bewegungssensoren, die die Kopfbewegung der Schüler-Fledermäuse verfolgten, zeigten, dass diese Bewegungen nicht für die Aktivität der sozialen Ortszellen verantwortlich waren. Ein weiterer Teil der Experimente befasste sich mit der Frage, ob die von den Forschern identifizierten Subpopulationen der Zellen wirklich sozial sind. Die Wissenschaftler ließen die Schüler-Fledermäuse sich bewegende Objekte – Kugeln oder Würfel – beobachten, die sich auf den gleichen Bahnen bewegten wie die Lehrer in den vorangegangenen Experimenten, mit und ohne Belohnung am Ende. Die Objekte wurden auch im Hippocampus abgebildet, aber es gab eine klare Unterscheidung zwischen diesen und den Zellen, die als Reaktion auf andere Fledermäuse elektrische Impulse auslösten. Eine funktionelle Anatomieanalyse dieser Zellen zeigte eine räumliche Trennung zwischen Bereichen im Hippocampus, die Objekte oder andere Tiere kartieren.

Zusammen mit einer ähnlichen Studie, die von Wissenschaftlern des RIKEN an Ratten durchgeführt und heute auch in Science veröffentlicht wurde, öffnet diese Forschung die Tür zu einigen neuen Fragen zu diesen sozialen Ortszellen. Beispiel: Wie verhalten sich diese Zellen in einem „sozialen Umfeld“ mit vielen Teilnehmern? Hängt ihre Aktivität von der Verwandtschaft des anderen Tieres oder von ihrem Geschlecht ab? Ulanovsky: „Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass der 'Ort'-Teil des Hippocampus nicht nur an der Navigation in der physischen Landschaft beteiligt ist. Er spielt auch eine wichtige Rolle bei der Navigation in der sozialen Landschaft.“

 

Die Forschung von Prof. Nachum Ulanovsky wird durch den Andre-Deloro-Preis, den Europäischen Forschungsrat und Rita und Steven Harowitz unterstützt.

Das Weizmann Institute of Science in Rehovot, Israel, ist eine der weltweit besten multidisziplinären Forschungseinrichtungen. Das Institut ist bekannt für seine breit gefächerte Erforschung der Natur- und exakten Wissenschaften und die Heimat von Wissenschaftlern, Studierenden, Technikern und anderen Mitarbeitern. Zu den Forschungsgebieten des Instituts gehören die Suche nach neuen Wegen zur Bekämpfung von Krankheiten und Hunger, die Untersuchung bedeutender Fragen der Mathematik und Informatik, Fragen der Physik der Materie und des Universums, die Entwicklung neuer Materialien sowie die Entwicklung neuer Strategien für den Umweltschutz

Neuigkeiten zum Weizmann Institute finden Sie online auf

http://wis-wander.weizmann.ac.il/ und auf http://www.eurekalert.org/

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