Functional dissociation of place and spatial view codes in primate hippocampus
Diese Studie zeigt, dass der Primatenhippocampus distinkte, koexistierende Populationen von Positions-, Ansichts- und konjunktiven Zellen enthält, wodurch die Debatte über artspezifische Unterschiede dadurch aufgelöst wird, dass robuste, nagerähnliche Orts-Codes in Primaten existieren, die jedoch aufgrund methodischer und aufgabenbezogener Faktoren zuvor übersehen wurden.
Originalarbeit lizenziert unter CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). Dies ist eine KI-generierte Erklärung eines Preprints, das nicht peer-reviewed wurde. Dies ist kein medizinischer Rat. Treffen Sie keine Gesundheitsentscheidungen auf Grundlage dieses Inhalts. Vollständigen Haftungsausschluss lesen
Stellen Sie sich vor, Ihr Gehirn wäre ein hochmodernes GPS, aber anstatt Ihnen nur zu sagen: „Sie sind hier“, versucht es herauszufinden, was genau Sie gerade betrachten, während Sie dort sind. Jahrzehntelang haben Wissenschaftler darüber gestritten, wie dieses GPS bei verschiedenen Tieren funktioniert. Bei Ratten scheint das System ganz auf den „Ort“ ausgerichtet zu sein. Wenn eine Ratte an einen bestimmten Punkt in einem Labyrinth läuft, leuchtet eine winzige Gruppe von Gehirnzellen auf wie eine Straßenlaterne und sagt: „Wir sind an der Ecke Main und Elm!“ Dies ist die berühmte „Place Cell“ (Ortszelle). Aber als Wissenschaftler bei Affen und Menschen nachschauten, schien die Geschichte anders zu sein. Da Primaten über fantastische Augen verfügen und es lieben, die Umgebung zu beobachten, glaubten viele Forscher, das GPS unseres Gehirns sei eigentlich eine „View Cell“ (Ansichtszelle). In dieser Sichtweise kümmert sich das Gehirn nicht darum, wo Ihre Füße sind; es kümmert sich nur darum, was Ihre Augen sehen. Wenn Sie stillstehen und einen Baum betrachten, feuern dieselben Zellen, als würden Sie auf den Baum zulaufen. Dies löste eine große Debatte aus: Nutzen Ratten und Affen völlig unterschiedliche Karten, oder versteckt das Affengehirn einfach seine „Ort“-Signale hinter all dem Hinschauen?
Dieses Paper ist wie eine Detektivgeschichte, die das Rätsel schließlich löst, indem sie eine bessere Kamera für das Gehirn baut. Die Forscher, unter der Leitung von Inah Lee und Joonyeol Lee, wollten herausfinden, ob Affen tatsächlich diese klassischen „Place Cells“ besitzen oder ob sie nur „View Cells“ in Verkleidung sind. Um dies zu tun, beobachteten sie nicht einfach nur wandernde Affen; sie versetzten zwei Rhesusaffen in ein Virtual-Reality-Videospiel. Die Affen saßen in einem Stuhl, hielten ihren Kopf ruhig und nutzten einen Joystick, um eine lange, gerade Strecke in zwei sehr unterschiedlichen Welten abzufahren: einem üppigen Wald und einer belebten Stadt. Unterwegs mussten sie anhalten und das richtige Objekt auswählen, um eine Wasserbelohnung zu erhalten, was sie dazu zwang, ihre Umgebung genauestens zu beachten. Die Wissenschaftler zeichneten die elektrischen Impulse einzelner Nervenzellen im Hippocampus (dem Gedächtnis- und Navigationszentrum des Gehirns) auf und verfolgten gleichzeitig exakt, wohin die Augen der Affen blickten.
Hier kommt der Clou: Die Wissenschaftler verwendeten einen ausgeklügelten mathematischen Trick (ein Generalisiertes Lineares Modell), um das „Wo ich bin“-Signal vom „Was ich sehe“-Signal zu trennen. Zuvor war es schwierig, sie voneinander zu unterscheiden, da sich bei einem Weg durch eine Strecke sowohl der Standort als auch die Sichtweise meist gleichzeitig ändern. Doch indem sie die beiden durch Mathematik entwirrten, fanden sie etwas Überraschendes heraus. Das Affengehirn ist nicht nur das eine oder das andere; es ist eine geschäftige Stadt mit drei verschiedenen Arten von Nachbarschaften.
Zuerst fanden sie Position Cells (Positionszellen). Dies sind die klassischen „Place Cells“, die wir von Ratten kennen. Etwa 42 % der von ihnen untersuchten Neuronen verhielten sich wie diese. Sie feuerten, wenn der Affe an einem bestimmten Punkt auf der Strecke war, unabhängig davon, wohin der Affe gerade schaute. Diese Zellen waren stabil, was bedeutet, dass sie jedes Mal am selben Ort feuerten, wenn der Affe die Strecke entlanglief. Sie zeigten auch „Remapping“, was so ist, als würde man die Straßennamen eines Viertels ändern, wenn der Affe vom Wald in die Stadt wechselt. Wenn eine Zelle im Wald am „Anfang der Strecke“ feuerte, könnte sie in der Stadt am „Ende der Strecke“ feuern. Dies beweist, dass das Affengehirn eine solide, ortsbasierte Karte besitzt, genau wie das Gehirn einer Ratte.
Zweitens fanden sie View Cells (Ansichtszellen). Diese machten etwa 50 % der Neuronen aus. Diesen Zellen war es egal, wo sich der Körper des Affen befand; sie feuerten nur, wenn die Augen des Affen auf einen bestimmten Teil der virtuellen Welt blickten. Wenn der Affe zu einem Baum auf der linken Seite schaute, leuchteten diese Zellen auf, selbst wenn der Affe in der Mitte der Strecke stand. Diese Zellen waren hervorragend darin, die visuelle Welt abzubilden und ein stabiles Bild dessen zu erzeugen, was der Affe sah.
Drittens, und vielleicht am interessantesten, fanden sie Conjunctive Cells (Verknüpfungszellen). Dies waren die „Multitasker“, die etwa 25 % der Neuronen ausmachten. Diese Zellen waren die Hybriden; sie feuerten nur, wenn der Affe an einem bestimmten Ort war und eine bestimmte Ansicht betrachtete. Sie kombinierten das „Wo“ und das „Was“ zu einem einzigen, komplexen Signal.
Das Paper legt nahe, dass Wissenschaftler die „Place Cells“ bei Affen lange Zeit übersehen haben, weil sie nicht genau genug hingesehen haben, um „Wo“ von „Was“ zu trennen. Es war nicht so, dass Affen keine „Place Cells“ haben; es war vielmehr so, dass die Aufgabe und die Umgebung in früheren Studien das „View“-Signal so laut gemacht haben könnten, dass es das „Place“-Signal übertönt hat. Durch die Verwendung eines detailreichen Virtual-Reality-Spiels und eines mathematischen Modells, das die beiden Signale isolieren konnte, zeigten die Forscher, dass der Primaten-Hippocampus tatsächlich ein Hybridsystem ist. Er hält eine robuste Karte davon, wo man ist, ein klares Bild dessen, was man sieht, und eine spezielle Gruppe von Zellen, die beides kombinieren. Wenn Sie also das nächste Mal eine Straße entlanggehen und ein Gebäude wiedererkennen, macht Ihr Gehirn beides: Es weiß genau, wo Ihre Füße sind, und es weiß genau, was Ihre Augen sehen – und das alles zur gleichen Zeit. Die Debatte ist nicht, welches von beiden richtig ist; es geht darum, wie das Gehirn beides nutzt, um in unserer komplexen Welt zu navigieren.
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