Leipziger Gehirnforschung: Wie funktioniert eigentlich die mentale Landkarte in unserem Kopf?

Für alle LeserDie meisten Menschen wundern sich überhaupt nicht darüber, dass sie sich in ihrer Umgebung zurechtfinden. Die meisten denken nicht mal darüber nach, wie das eigentlich funktioniert. Aber die Forscher am Leipziger Max-Planck-Institut für Kognitions- und Neurowissenschaften finden diese Frage doch ziemlich wichtig. Denn: Wie funktionieren diese Landkarten im Kopf wirklich? Und was passiert, wenn sie nicht funktionieren?

Wir formen mentale Landkarten unserer Umgebung, um uns im Raum zu orientieren und uns zurechtzufinden. Was aber passiert, wenn das Koordinatensystem unseres Gehirns, das unsere mentalen Karten vermisst, verzerrt ist? Jacob Bellmund und Christian Doeller vom Max-Planck-Institut für Kognitions- und Neurowissenschaften zeigen in „Nature Human Behaviour“, dass es dann auch zu Verzerrungen in unserem räumlichen Gedächtnis kommt.

Um sich zu merken, wo wichtige Ereignisse geschehen oder wie wir von A nach B finden, formt unser Gehirn mentale „Landkarten“ unserer Umgebung. Ein wichtiger Baustein dieser mentalen Karten sind die sogenannten Gitterzellen. Diese sind an verschiedenen Orten einer Umgebung aktiv, sodass ein charakteristisches Aktivitätsmuster im Gehirn entsteht. Dieses Muster besteht aus gleichseitigen Dreiecken, die sich zu einer symmetrischen Gitterstruktur zusammenfügen.

Für die Entdeckung der Gitterzellen im Gehirn von Ratten wurde 2014 der Nobelpreis vergeben. Wissenschaftler vermuten, dass diese Gitterstruktur auch im menschlichen Gehirn als eine Art Koordinatensystem für unsere mentalen Landkarten funktioniert – mithilfe der Gittermuster können wir uns merken, wo ein bestimmter Ort liegt und wie weit er von einem anderen entfernt ist. Dies sollte gut funktionieren, wenn die Gittermuster symmetrisch und regelmäßig sind.

Störungen im Gittermuster

Was passiert jedoch, wenn die Gittermuster gestört sind? Wird unsere mentale Karte dann ungenau? Dieser Idee ging ein Team von Forschern des Max-Planck-Instituts für Kognitions- und Neurowissenschaften in Leipzig, des University College London und des norwegischen Kavli-Instituts für Systemische Neurowissenschaften nach.

Frühere Studien an Ratten in einem Labyrinth hatten gezeigt, dass diese Aktivitätsmuster unter bestimmten Umständen ihre Symmetrie verloren und unregelmäßiger „feuerten“. Navigierten die Tiere durch eine quadratische Box, ließ sich ein perfektes Gittermuster in ihrem Hirn nachweisen. Bewegten sie sich durch ein trapezförmiges Gehäuse, war das Gittermuster jedoch weit weniger regelmäßig – das Koordinatensystem der Gitterzellen bei Ratten wirkte unter diesen Umständen regelrecht verzerrt.

Und beim Menschen? Könnte das Folgen für die Genauigkeit unserer mentalen Karten haben?

„Es sollte zu Verzerrungen im Gedächtnis führen, wenn unser Gehirn wirklich dieses Koordinatensystem nutzt“, dachten sich Christian Doeller und Kollegen.

„Wir haben deshalb Virtual Reality-Versuche gemacht, in denen die Teilnehmer Positionen im Raum lernen sollten. Einmal in einer quadratischen Umgebung, wo das Koordinatensystem gut funktionieren sollte und einmal in einer trapezförmigen Umgebung, wo das System der Gitterzellen verzerrt ist“, erklärt Jacob Bellmund.

„Moonwalk“ mit Virtual-Reality-Brille

Die Teilnehmer trugen eine Virtual-Reality-Brille und navigierten mithilfe einer 360°-Bewegungs-Plattform durch die virtuellen Umgebungen. In jeder davon befanden sich sechs Objekte – sie lernten, welches Objekt an welche Position in der Umgebung gehört. Die Plattform ermöglichte ein realistisches Lauf-Gefühl, indem die Füße in einer Art „Moonwalk“ darüberglitten, wobei die Teilnehmer nur in der virtuellen Welt tatsächlich vom Fleck kamen.

Visualisierung des „Moonwalk“.

„Wir haben dann verglichen, wie genau die Studienteilnehmer die Positionen lernen konnten. Wie erwartet, fiel ihnen dies in der Trapez-Umgebung schwerer als in der quadratischen – in der Trapez-Umgebung waren sie zudem in der schmalen Hälfte besonders schlecht. Dort ist das Gitterzell-Koordinatensystem besonders verzerrt“, so Bellmund.

Je stärker also die Abweichungen vom regelmäßigen Gitterzellmuster, desto schlechter das räumliche Gedächtnis. Damit legen die MPI-Wissenschaftler letztlich nahe, dass unser Gehirn tatsächlich dieses System nutzt.

Und nicht nur das: Die Verzerrungen im Gedächtnis blieben sogar bestehen, wenn die Teilnehmer nicht mehr im Trapez waren. So sollten sie schätzen, wie groß die Distanz zwischen Paaren von Objekten ist. Bellmund und sein Team hatten die Objekte so arrangiert, dass die tatsächliche Distanz zwischen den Paaren immer identisch war. Im Gedächtnis der Teilnehmer gab es aber Verzerrungen, sodass die gleichen Distanzen im Trapez als kürzer erinnert wurden als im Quadrat.

Innerhalb des Trapezes war es so, dass die Distanzen in der schmalen Hälfte als länger erinnert wurden als in der breiten Hälfte. Gedächtnisinhalte, die mit verzerrtem Koordinatensystem gelernt wurden, sind also auch beim späteren Abruf aus dem Gedächtnis verzerrt. Faszinierend für die Neurowissenschaftler: „Genau diese Verzerrungen unserer mentalen Karten können wir nun mit einem Modell-Koordinatensystem vorhersagen“, so Jacob Bellmund.

Vorherige Arbeiten der MPI-Wissenschaftler haben nahegelegt, dass das Gehirn mentale Karten nicht nur formt, um sich zurechtzufinden, sondern dass das Navigationssystem unseres Gehirns auch andere kognitive Prozesse unterstützt. Auch hier nehmen die Wissenschaftler eine zentrale Rolle des Koordinatensystems der Gitterzellen an. Ähnlich dem räumlichen Gedächtnis könnte es unter bestimmten Umständen genauso zu systematischen Verzerrungen kommen – eine spannende Möglichkeit für die Forschung, unseren Gedankengängen weiter auf die Spur zu kommen.

Originalpublikation: Jacob L. S. Bellmund, William de Cothi, Tom A. Ruiter, Matthias Nau, Caswell Barry, Christian F. Doeller (2019) „Deforming the metric of cognitive maps distorts memory“ in „Nature Human Behaviour“.

Experiment am Max-Planck-Institut: Das Gehirn kartiert unsere Erinnerungen als eine Landkarte aus Zeit

Hinweis der Redaktion in eigener Sache (Stand 1. Oktober 2019): Eine steigende Zahl von Artikeln auf unserer L-IZ.de ist leider nicht mehr für alle Leser frei verfügbar. Trotz der hohen Relevanz vieler unter dem Label „Freikäufer“ erscheinender Artikel, Interviews und Betrachtungen in unserem „Leserclub“ (also durch eine Paywall geschützt) können wir diese leider nicht allen online zugänglich machen.

Trotz aller Bemühungen seit nun 15 Jahren und seit 2015 verstärkt haben sich im Rahmen der „Freikäufer“-Kampagne der L-IZ.de nicht genügend Abonnenten gefunden, welche lokalen/regionalen Journalismus und somit auch diese aufwendig vor Ort und meist bei Privatpersonen, Angehörigen, Vereinen, Behörden und in Rechtstexten sowie Statistiken recherchierten Geschichten finanziell unterstützen und ein Freikäufer-Abonnement abschließen.

Wir bitten demnach darum, uns weiterhin bei der Erreichung einer nicht-prekären Situation unserer Arbeit zu unterstützen. Und weitere Bekannte und Freunde anzusprechen, es ebenfalls zu tun. Denn eigentlich wollen wir keine „Paywall“, bemühen uns also im Interesse aller, diese zu vermeiden (wieder abzustellen). Auch für diejenigen, die sich einen Beitrag zu unserer Arbeit nicht leisten können und dennoch mehr als Fakenews und Nachrichten-Fastfood über Leipzig und Sachsen im Netz erhalten sollten.

Vielen Dank dafür und in der Hoffnung, dass unser Modell, bei Erreichen von 1.500 Abonnenten oder Abonnentenvereinigungen (ein Zugang/Login ist von mehreren Menschen nutzbar) zu 99 Euro jährlich (8,25 Euro im Monat) allen Lesern frei verfügbare Texte zu präsentieren, aufgehen wird. Von diesem Ziel trennen uns aktuell 450 Abonnenten.

Alle Artikel & Erklärungen zur Aktion Freikäufer“

 

 

MPI für Kognitions- und Neurowissenschaften
Print Friendly, PDF & Email
 


Schneller informiert mit dem L-IZ-Melder
Weitere Nachrichten:Bewegungsmelder | Wortmelder | Rückmelder | Sport | Polizei | Verkehr


Weitere aktuelle Nachrichten auf L-IZ.de

Dienstag, der 7. April 2020: Einmal Chemnitz und zurück
Erstaufnahmeeinrichtung in Dölzig im Sommer 2015. Foto: L-IZ.de

Foto: L-IZ.de

Für alle LeserNachdem ein Bewohner der Asylunterkunft in Dölzig nahe Leipzig die hygienischen Zustände in der Einrichtung kritisiert hatte, wurde er nach Chemnitz verlegt. Nun ist er offenbar zurück in Dölzig. Das Oberverwaltungsgericht Bautzen klärt unterdessen darüber auf, wo und mit wem man sich außerhalb der Wohnung bewegen darf. Die L-IZ fasst zusammen, was am Dienstag, den 7. April 2020, in Leipzig und Sachsen wichtig war.
Sächsische Studierendenvertretung fordert ein „Solidarsemester“
Universität Leipzig, Seminargebäude. Foto: L-IZ.de

Foto: L-IZ.de

Für alle LeserIn Sachsen hat am Montag, den 6. April, die Vorlesungszeit begonnen. Weil die Hochschulen wegen der Coronakrise aber geschlossen sind, stehen Studierende und Lehrende vor großen Herausforderungen. Ein bundesweites Bündnis, an dem sich auch die sächsische Studierendenvertretung beteiligt, hat deshalb einen umfangreichen Forderungskatalog veröffentlicht. Vieles, was darin steht, fordern auch Linke, SPD und Grüne im sächsischen Landtag.
Freizeitaktivitäten in Coronazeiten: 15 Kilometer Umkreis laut OVG Bautzen
Das alles bestimmende Thema der letzten Wochen - als Graffiti in Leipzig verewigt. Foto: Marko Hofmann

Foto: Marko Hofmann

Für alle LeserSeit Wochen drehen sich nun die Debatten um die Frage, was die sächsische Staatsregierung in ihrer erst als Allgemeinverfügung und seit dem 31. März als Verordnung verfassten Ausgangsbeschränkung mit dem „Wohnbereich“ gemeint haben könnte, in welchem man sich zu Spaziergängen, Sport oder Ausflügen bis mindestens zum 20. April 2020 aufhalten müsse. Was die Staatsregierung in ihrer Krisenmaßnahme gegen eine weitere Ausbreitung des Coronavirus tunlichst vermied, tat heute das Oberverwaltungsgericht (OVG) Bautzen. Bei der Entscheidung eines Eilantrages eines Dresdners benannte das OVG eine Kilometerzahl für die Bewegung zu Freizeitzwecken in Sachsen. Und klärte zudem die Begleitung von Menschen, die nicht zum eigenen Hausstand gehören.
Ob Beiersdorf sächsische Fördermittel für das neue Werk bekommt, ist noch offen
Traditionsmarke „Florena“. Foto: Ralf Julke

Foto: Ralf Julke

Für alle LeserFür Leipzig wird es eine neue Unternehmensansiedlung mit 280 Arbeitsplätzen im Leipziger Norden, wenn Beiersdorf dort seine neue Florena-Fabrik baut. Für Waldheim wird es ein echter Verlust. Ob Beiersdorf für den 220 Millionen Euro teuren Neubau im Leipziger Norden auch sächsisches Fördergeld bekommt, ist noch nicht entschieden, teilt Wirtschaftsminister Martin Dulig (SPD) auf Anfrage der Landtagsabgeordneten Marika Tändler-Walenta und Nico Brünler (Die Linke) mit.
Linksfraktion fordert Überbrückungszahlungen für Leipzigs Honorarkräfte
Musikschule „Johann Sebastian Bach“. Foto: Ralf Julke

Foto: Ralf Julke

Für alle LeserDie vielen zusammengeschusterten Hilfsprogramme in der Coronakrise machen etwas sichtbar, was sonst völlig der Wahrnehmung der fest angestellten Öffentlichkeit entzogen ist: Sie zeigen, wie löcherig die Absicherungen für Solo-Selbstständige und Honorarkräfte tatsächlich ist und wie sehr gerade sie durch die Sparorgien der letzten Jahrzehnte in ihren Honoraren gedrückt wurden. Und jetzt, wo gerade sie schnelle Unterstützung brauchen, sind sie völlig aus dem Blick der Politik verschwunden. Das betrifft auch Honorarkräfte der Stadt Leipzig, sagt Marco Götze.
Nach Lockerung der Kontaktbeschränkungen: „Wir sollten uns stark an Südkorea orientieren“
Prof. Dr. Markus Scholz. Foto: Universität Leipzig

Foto: Universität Leipzig

Für alle LeserIn Leipzig ist die Epidemie zum Erliegen gekommen, auch die Werte für Sachsen und Deutschland lassen hoffen. Die Nettobasisproduktionsrate sinkt, die Maßnahmen der vergangenen Wochen zeigen Wirkung. Das sind Ergebnisse der Berechnung von Prof. Dr. Markus Scholz vom Institut für Medizinische Informatik, Statistik und Epidemiologie der Universität Leipzig.
Grüne schlagen temporäre Fahrradstraßen, Öffnung der Radläden und freie Fahrt in der City vor
Radfahrer auf dem Burgplatz. Foto: Ralf Julke

Foto: Ralf Julke

Für alle LeserMit dem Radverkehr hat es Leipzigs Verwaltung nicht so. Das merkt auch jeder, der derzeit aufgrund von Corona seine Wege in der Stadt mit dem Fahrrad zurücklegen will. Radwege sind mit Baustellen zugebaut, Umleitungen nicht ausgeschildert. An Hauptverkehrsstraßen fehlen sichere Überwege. Und die Chance, Leipzig gerade in dieser Zeit ein wenig fahrradfreundlicher zu machen, sitzt Leipzigs Verkehrsdezernat einfach aus. Nun machen die Grünen ein paar berechtigte Vorschläge.
Sportdezernat: Leipzigs Verwaltung hat RB Leipzig kein Verkaufsangebot für das Schwimmstadiongrundstück gemacht
Der Parkplatz auf der Fläche des ehemaligen Schwimmstadions. Foto: Ralf Julke

Foto: Ralf Julke

Für alle LeserKaum einen Monat liegen die Leipziger Oberbürgermeisterwahl und der knappe Wahlsieg von Burkhard Jung zurück. Fast vergessen ist schon, dass CDU und LVZ auch versucht hatten, den Verkauf eines Grundstücks am Sportforum an RB Leipzig zu instrumentalisieren. Dabei wurde dann eine Zusage konstruiert, die die Verwaltung gar nicht gegeben hatte. Das alarmierte auch die Freibeuter-Fraktion, die sehr genau wissen wollte, was da tatsächlich abgesprochen worden war.
Geburten wegen Corona ohne Begleitperson: Petiton appelliert an Stadt und Krankenhäuser
Petition an OBM Jung gegen das Verbot von Begleitpersonen bei Geburten. Screenshot change.org

Screenshot change.org

Für alle LeserSeit mehreren Wochen schon gilt in Leipzigs Krankenhäusern der Besucherstopp. Bisher ausgenommen waren Geburten. Nun allerdings wird es Partner/-innen verwehrt, bei der Entbindung dabei zu sein. Zu groß sei das Risiko. Betroffene richten sich mit einer Petition an Oberbürgermeister Burkhard Jung sowie die Leitungen der Geburtenkliniken des Universitätsklinikums Leipzig und des St.-Georg-Klinikums und St. Elisabeth-Krankenhaus.
Aktuell sind 58 Eisenbahnbrücken in Sachsen dringend sanierungsbedürftig
Die alte Bahnbrücke an der Cunnersdorfer Straße. Foto: Deutsche Bahn

Foto: Deutsche Bahn

Für alle LeserDie Eisenbahnbrücken sind für den sächsischen Bundestagsabgeordneten Torsten Herbst (FDP) so eine Art Sport geworden. Jedes Jahr fragt er bei der Bundesregierung nach, wie es um die Eisenbahnbrücken in Deutschland steht. Da stecken dann auch die sächsischen Brücken mit drin. Aus denen macht der um Aufmerksamkeit ringende Abgeordnete dann jedes Mal so eine Art kleine Alarmmeldung.
Belastungsprobe Corona: Wie gehen Ärzte und Pfleger mit dem Druck um?
Prof. Stengler. Foto: Christian Hüller

Foto: Christian Hüller

Für alle LeserSeit nunmehr knapp drei Wochen ist das öffentliche Leben, wie wir es kennen, massiv eingeschränkt. Die Krise ist für alle eine Belastung - auf dem einen oder anderen Wege. Isolation und fehlender sozialer Kontakt werden zur Belastungsprobe für die Psyche vieler Menschen. In den Krankenhäusern und Kliniken sieht man sich vor ganz anderen Herausforderungen. Unter welchem Druck stehen Ärzte und Pfleger/-innen? Wir haben mit Prof. Dr. med. Katarina Stengler, Chefärztin der Klinik für Psychiatrie, Psychosomatik und Psychotherapie am Helios Parkklinikum Leipzig, gesprochen.
Die Bodenständigen: Der Blick der staunenden Soziologin auf die Mitte unserer Gesellschaft
Barbara Thériault: Die Bodenständigen. Foto: Ralf Julke

Foto: Ralf Julke

Für alle LeserWir haben ja an dieser Stelle schon etliche Bücher besprochen, deren Autor/-innen sich mit der viel beschworenen „Mitte“ beschäftigen – von der „Schweigenden Mitte“ bis zur „Enthemmten Mitte“. Jede/-r hat auf seine oder ihre Weise versucht, überhaupt erst einmal zu definieren, was sich hinter dieser schwammigen Masse eigentlich verbergen soll. Aber oft führt das geradezu in den Nebel. Anders als Barbara Thériaults ganz reale Erkundungen da, wo die Menschen tatsächlich leben. In Erfurt zum Beispiel.
Wie weiter mit der Fußballsaison? Wieso Abbruch und „Weiter so“ nicht so einfach sind
Die Leidenschaft in der Leidenszeit - kluge Lösungen dringend gesucht. Foto: Jan Kaefer

Foto: Jan Kaefer

Für alle LeserEgal ob Bundesliga oder Kreisklasse: Der Ball ruht bis auf Weiteres. Niemand weiß, wann es weitergeht und vor allem weiß niemand, was passiert, wenn es nicht weitergehen kann. Eine solche Situation kennt der deutsche Fußball nicht, die Unwissenheit quält auch die Fußballklubs in Sachsen und in Leipzig. Was wird aus den Früchten der bisherigen Arbeit? Verschiedene Möglichkeiten sind denkbar, aber bei allen würden die Beteiligten gegen Wände laufen.
Montag, der 6. April 2020: Ordnungsamt registrierte mehr als 1.000 Verstöße gegen Corona-Regeln
Das Ordnungsamt kontrolliert, ob die Corona-Regeln eingehalten werden. Archivfoto: L-IZ.de

Archivfoto: L-IZ.de

Für alle LeserPolizei und Ordnungsamt kontrollieren weiterhin eifrig, ob sich die Leipziger/-innen an die strengen Ausgangsregeln halten. Das Ordnungsamt hat heute eine Zwischenbilanz veröffentlicht. Außerdem gibt es neue Regeln für den Wochenmarkt, ein abgesagtes Bachfest und einen gescheiterten Eilantrag gegen die sächsische Allgemeinverfügung. Die L-IZ fasst zusammen, was am Montag, den 6. April 2020, in Leipzig und Sachsen wichtig war.
Vorwürfe gegen Asylunterkunft nahe Leipzig: Fehlende Hygiene und „Bestrafung“ für Bewohner
Erstaufnahmeeinrichtung in Dölzig im Sommer 2015. Foto: L-IZ.de

Foto: L-IZ.de

Für alle LeserBewohner/-innen der Asylunterkunft in Dölzig nahe Leipzig haben in den vergangenen Wochen mehrmals die hygienischen Zustände vor Ort kritisiert. Ein Wortführer wurde mittlerweile nach Chemnitz verlegt – angeblich aus medizinischen Gründen. Er selbst fühlt sich dafür „bestraft“, Missstände angesprochen zu haben. Zudem wurde ein MDR-Team, das vor Ort drehte, von der Security bedrängt und festgehalten. Die zuständige Landesdirektion will den Vorfall prüfen.