Episode 29 | Das innere GPS des Gehirns

Episodenzusammenfassung


Genau jetzt weißt du, ohne hinzusehen, wo die Tür ist. Du
könntest in völliger Dunkelheit durch deine Wohnung gehen und die
Schritte bis zur Küche zählen. Denn in diesem Augenblick feuern
tief in deinem Gehirn Zellen, die deinen Ort melden und eine
lebendige Karte des Raumes um dich herum zeichnen. Und hier die
Wendung, mit der diese Episode endet: Genau dieselben Zellen
zeichnen vielleicht eine Karte deiner Ideen.


In dieser Episode folgen wir einer fünfzigjährigen
Detektivgeschichte. Sie reicht von einem rebellischen
Psychologen, der 1948 darauf bestand, dass Ratten eine innere
"kognitive Karte" tragen, über die Entdeckung der Ortszellen 1971
und die wunderschönen sechseckigen Gitterzellen von 2005 bis zum
Nobelpreis 2014, der das innere GPS des Gehirns krönte. Dann
gehen wir an die Front, wo dieselbe Navigationsschaltung Klänge,
abstrakte Konzepte und sogar die Menschen zu ordnen scheint,
denen wir begegnen. Die Frage, die wir dir mitgeben, ist einfach
und seltsam: Denken wir, indem wir navigieren?



Behandelte Kernthemen


Tolmans Idee der "kognitiven Karte" von 1948 und das latente
Lernen: eine Ketzerei im Zeitalter des Behaviorismus

John O'Keefe und Jonathan Dostrovsky entdecken 1971 die
Ortszellen im Hippocampus der Ratte, aus nur etwa acht Zellen

Der Schock, ein räumliches Signal ausgerechnet in der
Gedächtnisstruktur des Gehirns zu finden

O'Keefe und Nadels Theorie der kognitiven Karte (1978):
allozentrische Karten und Remapping

May-Britt und Edvard Moser entdecken 2005 die Gitterzellen im
entorhinalen Cortex und ihr sechseckiges Gitter

Das Gitter entsteht im Inneren: der Boden ist leer, die Wabe
lebt allein im Feuermuster

Gittermodule in verschiedenen Maßstäben für einen effizienten
Positionscode

Der ganze "Zellenzoo": Zellen für Kopfrichtung, Grenzen,
Geschwindigkeit, Kombinationen und Zeit

Der Nobelpreis 2014 und die Metapher vom inneren GPS

Warum es in Wahrheit Koppelnavigation ist, korrigiert durch
Landmarken und nicht durch Satelliten

Menschliche Ortszellen und Gitterzellen, gefunden durch
Videospielnavigation bei Epilepsiepatienten

Die sechsfache Signatur im fMRT: ein Stellvertreter für
Gitterzellen, keine direkte Ableitung

Die Verbindung zu Alzheimer: die Krankheit greift zuerst das
Zuhause der Karte an, den entorhinalen Cortex (mit Vorsicht
dargestellt)

Jenseits des physischen Raums: Karten von Tonhöhe, abstrakten
Konzepten und sozialen Beziehungen

Die Idee, dass wir durch Navigieren denken, und dass
Gedächtnis umfunktionierte Navigation ist

Die ehrliche Einordnung: der "Gittercode für Konzepte" ist
eine spannende, lebendige Hypothese, kein gesichertes Faktum




Erwähnte Forscherinnen und Forscher



John O'Keefe (geb. 1939, University College
London) : entdeckte die Ortszellen (1971), verfasste mit Lynn
Nadel die Theorie der kognitiven Karte (1978), Nobelpreisträger
2014


May-Britt Moser und Edvard I. Moser (Kavli
Institute for Systems Neuroscience, NTNU Trondheim) :
entdeckten die Gitterzellen (2005) und einen Großteil des
unterstützenden Zellenzoos, Nobelpreisträger 2014


Edward Tolman (1886 bis 1959, UC Berkeley) :
prägte den Begriff der "kognitiven Karte" (1948)


Lynn Nadel (University of Arizona) : verfasste
mit O'Keefe The Hippocampus as a Cognitive Map (1978)


Howard Eichenbaum (1947 bis 2017, Boston
University) : Theorie des relationalen Gedächtnisses des
Hippocampus, Zeitzellen


Neil Burgess und Caswell Barry (UCL) : Belege
für menschliche Gitterzellen und die Codierung von Grenzen und
Vektoren


Timothy Behrens, Jill X. O'Reilly und James
Whittington (Oxford) : Gittercodes für abstrakte
Konzepte, die Tolman Eichenbaum Machine


Christian Doeller (Kavli/NTNU und MPI) :
menschliche Gitterzellen im fMRT, kognitive Räume für das
Denken


György Buzsáki (NYU) : das Argument der
Exaptation, das Navigation, Gedächtnis und Denken verbindet




Wichtige Studien und Quellen


Tolman, E.C. (1948). "Cognitive maps in rats and men."
Psychological Review, 55(4), 189 to 208.

Tolman, E.C. und Honzik, C.H. (1930). "Introduction and
removal of reward, and maze performance in rats." University of
California Publications in Psychology, 4, 257 to 275.

O'Keefe, J. und Dostrovsky, J. (1971). "The hippocampus as a
spatial map. Preliminary evidence from unit activity in the
freely moving rat." Brain Research, 34(1), 171 to 175.

O'Keefe, J. und Nadel, L. (1978). The Hippocampus as a
Cognitive Map. Oxford University Press.

Fyhn, M., Molden, S., Witter, M.P., Moser, E.I., und Moser,
M.-B. (2004). "Spatial representation in the entorhinal cortex."
Science, 305(5688), 1258 to 1264.

Hafting, T., Fyhn, M., Molden, S., Moser, M.-B., und Moser,
E.I. (2005). "Microstructure of a spatial map in the entorhinal
cortex." Nature, 436(7052), 801 to 806.

Stensola, H. et al. (2012). "The entorhinal grid map is
discretized." Nature, 492(7427), 72 to 78.

Ekstrom, A.D. et al. (2003). "Cellular networks underlying
human spatial navigation." Nature, 425(6954), 184 to 188.

Doeller, C.F., Barry, C., und Burgess, N. (2010). "Evidence
for grid cells in a human memory network." Nature, 463(7281), 657
to 661.

Jacobs, J. et al. (2013). "Direct recordings of gridlike
neuronal activity in human spatial navigation." Nature
Neuroscience, 16(9), 1188 to 1190.

Constantinescu, A.O., O'Reilly, J.X., und Behrens, T.E.J.
(2016). "Organizing conceptual knowledge in humans with a
gridlike code." Science, 352(6292), 1464 to 1468.

Behrens, T.E.J. et al. (2018). "What Is a Cognitive Map?
Organizing Knowledge for Flexible Behavior." Neuron, 100(2), 490
to 509.

Buzsáki, G. und Moser, E.I. (2013). "Memory, navigation and
theta rhythm in the hippocampal entorhinal system." Nature
Neuroscience, 16(2), 130 to 138.

The Nobel Assembly at Karolinska Institutet (2014). Press
Release: The 2014 Nobel Prize in Physiology or Medicine.
nobelprize.org.




Wichtige Zahlen zum Merken



etwa 8 : Ortszellen in O'Keefes und
Dostrovskys erstem Bericht von 1971, aus rund 76 abgeleiteten
Einheiten


1971, 2005, 2014 : Entdeckung der Ortszellen,
Entdeckung der Gitterzellen, Verleihung des Nobelpreises


etwa 1,42 : durchschnittliches
Größenverhältnis zwischen benachbarten Gittermodulen (Stensola
et al. 2012), nahe der Quadratwurzel aus zwei


sechsfach : die hexagonale Symmetrie der
Signatur von Gitterzellen im fMRT (Doeller, Barry und Burgess
2010)


317 Neuronen, 7 Patienten : die Ableitungen,
die menschliche Ortszellen zeigten (Ekstrom et al. 2003)


893 Neuronen, 14 Patienten : die Ableitungen,
die menschliche Gitterzellen direkt einfingen (Jacobs et al.
2013)


etwa 558.000 Spieler, 57 Länder : der
Navigationsdatensatz von Sea Hero Quest (Coutrot et al. 2018),
aus einem Spiel mit über 2,5 Millionen Downloads


2 Dimensionen : der erfundene "Konzeptraum"
morphender Vögel, variierend in Halslänge und Beinlänge
(Constantinescu et al. 2016)


23 Jahre : der Abstand zwischen Tolmans
kognitiver Karte von 1948 und der Entdeckung der Ortsz...