Speed Cells – Tacho im Hirn

Erst letztes Jahr erhielt das norwegische Forscherehepaar May-Britt und Edvard Moser den Nobelpreis für die Entdeckung des Navigationssystems im Gehirn – in Form von Gitterzellen im entorhinalen Cortex – nun warten sie bereits mit der nächsten Entdeckung auf: den sogenannten Speed cells.

Was hat es mit ihnen auf sich? Die im Rattenversuch lokalisierten Speedzellen feuern, unabhängig von Umgebungsreizen, bei einer schnellen Bewegung laufend Signale ab, d.h. es hatte keinen Einfluss auf das Ergebnis, ob die Ratten im Hellen oder im Dunklen liefen, oder wie die Umgebung beschaffen war. Bei den Speedzellen handelt es sich um eine eigene Population an entorhinalen Neuronen, die unabhängig neben den Gitterzellen, den Kopfrichtungs- und Ortszellen existieren. Gesucht hatte das Forscherteam, zu dem auch Emilio Kropff und der verstorbene James E. Carmichael gehörten, aus einem sehr einleuchtenden Grund nach diesen Zellen: Sie waren ein fehlendes Bindeglied. Denn wenn sich Tiere bewegen, wird diese Bewegung in den Gitterzellen in Einklang zur räumlichen Positionierung des Tieres gebracht. Dazu brauchen die Gitterzellen aber Zugang zu Informationen über die Geschwindigkeit, mit der sich das Tier im Raum bewegt. Bisher konnte kein entsprechendes Speed-Signal identifiziert werden – diese Lücke wollen die ForscherInnen nun geschlossen haben.

Stückweise setzt sich so das ganze Orientierungssystem im (tierischen) Gehirn zusammen: Die Ortszellen wurden 1971 von John O´Keefe und Jonathon Dostrovsky entdeckt. Folgerichtig wurde John O’Keefe 2014 gemeinsam mit den Mosers mit dem Nobelpreis geehrt. Ortszellen sind Nervenzellen, die die Position eines Tieres im Raum und die räumliche Umgebung codieren. Merkmale der Umgebung bilden dabei eine Art Landkarte im Gehirn. Die Kopfrichtungszellen können in Analogie dazu vereinfacht als Kompass bezeichnet werden. Anders als die von O’Keefe entdeckten Ortszellen feuern die von den Mosers nachgewiesenen Gitterzellen an verschiedenen Stellen des Raums. Da die Raumpunkte, auf die eine einzelne Zelle reagierte, ein regelmäßiges Gitternetz mit konstanten Abständen bildete, erhielten diese Neuronen ihre Bezeichnung: grid cells („Gitterzellen“). Das Gitter entwickelt sich sehr schnell, sobald das Tier eine neue Umgebung erkundet, und bleibt dann über längere Zeit stabil. Für diese Entdeckung bürgerte sich die Beschreibung „Navi des Gehirns“ ein.

Um sich nun dem Thema der Geschwindigkeitsmessung anzunähern, ließen die Forscher Ratten in einem Wagen ohne Boden laufen. Der Wagen bewegte sich computergesteuert, die Tiere liefen, um das Futter am Ende des Laufbandes zu erreichen. Währenddessen wurde durch Elektroden die Aktivität der Nervenzellen im Gehirn der Ratte registriert – dadurch ließen sich bestimmte Zellen ausfindig machen, die mit zunehmender Geschwindigkeit aktiver wurden. In der Folge fand dann eine Quantifizierung dieser Nervenzellen statt. So stellte sich heraus, dass sie mit einer Verteilung von 14% – 18 % im mittleren entorhinalen Cortex vertreten sind. Die von den Speedzellen gesendeten Signale stehen während der Bewegung des Tieres in dynamischer Verbindung zur Aktivität der Gitterzellen. Diese Verbindung konnte aber nur für den Bereich des entorhinalen Cortex nachgewiesen werden. Die Aktivitäten im Hippocampus folgen laut den Aussagen des Wissenschaftlerteams einer eigenen Logik.

Das Wissenschaftler-Ehepaar Moser wurde auf der 65. Lindauer Tagung der Nobelpreisträger Ende Juni vermisst – leider hatten sie absagen müssen. Wir werden weiter von spannenden Forschungsergebnissen hören, soviel ist sicher, und hoffentlich May-Britt und Edvard Moser auch einmal in Lindau zu Gesicht und Gehör bekommen. Diese beiden Nobelpreisträger strahlen eine Extraportion Engagement und Dynamik aus. Ideale Voraussetzungen also, um Young Scientists zu begeistern!

Slider: Geir Mogen, Faculty of Medicine NTNU, CC BY-NC 2.0