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...
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