Diese Nobelpreisträger wissen, wo Sie sind

Als Paul Gauguin 1891 Paris nach Tahiti verließ, tat er dies auf der Suche nach einem einfacheren Leben. Sieben Jahre später vollendete der Künstler sein selbst beschriebenes Meisterwerk, eine viereinhalb mal zwölf Fuß große Erkundung der Jungen, der Alten, der Menschheit, der Tiere und des Jenseits. In der oberen linken Ecke der Leinwand ist eine Art Titel eingraviert: D’où Venons-Nous / Que Sommes-Nous / Où Allons-Nous – Woher kommen wir? Was sind wir? Wohin gehen wir? Gauguin hatte vielleicht ein einfacheres Leben gefunden, aber er stellte nicht die einfachen Fragen.

Ein Jahrhundert später sind die Fragen nicht einfacher geworden, aber wir haben begonnen, sie aus verschiedenen Blickwinkeln zu stellen. Die neuen Technologien der zeitgenössischen Neurowissenschaften helfen uns, einige der Fragen direkt anzugehen, wenn auch mit einem gewissen Maß an philosophischer Sterilität. Anfang dieser Woche verlieh die Nobelstiftung ihren Preis für Physiologie oder Medizin an ein Wissenschaftlertrio „für ihre Entdeckungen von Zellen, die ein Positionierungssystem im Gehirn bilden“. Diese Neuronen sind Bausteine ​​bei der Frage, woher wir wissen, wo wir sind. Es ist diese Art grundlegender Frage – diese Art brennender, rückständiger, abscheulich komplexer Möbius-Fragenstreifen –, die die moderne Untersuchung des Selbst und der Art und Weise, wie dieses Selbst in der Außenwelt navigiert, durch Neurowissenschaftler vorantreibt.

Mentale Karten

Gauguin war kein Neurowissenschaftler, May-Britt und Edvard Moser jedoch schon. Es besteht die Möglichkeit, dass sie als ein typisches norwegisches Paar durchgehen würden, wenn sie nicht gemeinsam den Nobelpreis gewonnen hätten. Zusammen mit John O’Keefe vom University College London, mit dem sie sich die Auszeichnung teilen, untersuchen die Mosers die sogenannten Ortszellen und Gitterzellen des Hippocampus und des entorhinalen Kortex, die diese heikle Frage des Standorts zu beantworten scheinen.

Versuchen Sie, das Gefühl der Vertrautheit auszudrücken. Es ist eine seltsame Verbindung von Vision und Erinnerung, Bewusstsein und Unterbewusstsein. Wie kodiert unser Gehirn, dass wir uns mitten in einem Raum befinden und beispielsweise einen Schritt nach links? Woher wissen wir, dass wir umgezogen sind? Überlegungen wie diese bringen den archetypischen Ermittler hervor, der über einer Ratte in einem Labyrinth aufragt. Wenn Sie sich einen Wissenschaftler vorstellen, stellen Sie sich May-Britt Moser vor – obwohl die Mosers in ihren Labyrinthen keinen Käse verwenden. Ihre Ratten bevorzugen Schokoladenmüsli.

© mikou07kougou/flickr

Ortszellen und Gitterzellen stellen per se kein GPS-Gerät dar, aber die Analogie ist gar nicht so schlecht. Wenn Ihr Smartphone Ihre Position berechnet, geschieht dies nicht, indem es ein Signal aussendet, auf eine Antwort wartet und ausgefallene Koordinatentransformationen von den GPS-Satelliten berechnet. Es liegt einfach in Ihrer Hand und wartet. GPS-fähige Geräte sind in dieser Hinsicht völlig passiv – die Satelliten übernehmen die Hauptarbeit. Die Aufgabe eines Satelliten besteht darin, ständig zu übermitteln, wo er sich befindet und vor allem die Uhrzeit. Ihr Telefon ist ein Empfänger: Wenn es einen Zeitstempel von einem Satelliten empfängt, weiß es, dass es sich irgendwo auf einer Kugel befindet, deren Radius proportional zur Zeit ist, die bis zum Eintreffen der Nachricht gedauert hat. (Hier kommen Atomuhren zum Einsatz, da es sich um die Lichtgeschwindigkeit handelt.) Wenn das Telefon Zeitstempel von genügend Satelliten empfängt, zeichnet es einen Punkt an der Stelle, an der sich die Kugeln schneiden. Da sind Sie.

Wie sich herausstellt, scheint die Strategie des Gehirns zur Standortbestimmung ziemlich ähnlich zu sein. Als O’Keefe in den 1970er Jahren Ortszellen entdeckte, war das Ergebnis kontraintuitiv: Dabei handelte es sich um einzelne Neuronen, die scheinbar aktiviert wurden, wenn sich eine Ratte an einer bestimmten Position auf einem Tisch befand. Wie könnte es sich ein so effizientes System wie ein Gehirn leisten, einzelne Standorte zu kodieren? Sicherlich mussten wir uns nicht an jeden Quadratfuß Land erinnern, auf dem wir jemals gestanden hatten. Der Befund muss ein Zufall gewesen sein.

Dreißig Jahre später berichteten die Mosers, die das Kavli-Institut für Systemneurowissenschaften und das Zentrum für neuronale Berechnungen in Norwegen leiten, über eine Gruppe von Zellen, die das Problem zu lösen scheinen. Gitterzellen werden ausgelöst, wenn sich ein Tier an einem Ort befindet, der mit einer mentalen Karte aus Dreiecken übereinstimmt, die in einem sechseckigen Gitter angeordnet sind. (Das ist das Zeichen der Gehirnleistung, nach dem alle gesucht haben.) Diese sechseckigen mentalen Karten variieren in Ausrichtung, Größe und Position relativ zu einer Wand. Wenn eine Handvoll von ihnen gleichzeitig feuern, antwortet eine bestimmte Ortszelle, die ihre Ausgaben empfängt: Genügend Satelliten haben einen Zeitstempel gesendet, und Ihr Gehirn hat seinen Punkt auf der Karte gezeichnet.

Wohin gehen wir?

Ich gehörte zu einer begeisterten Schar von Neurowissenschaftlern, die Dr. Moser – also Edvard – im März in Oxford sprechen hörten. Moser ist charismatisch und maßvoll, aber offensichtlich stolz und begeistert von der Arbeit, die er und seine Frau leisten. Er wirkt wie ein Mann, der gerne den Fragen nachgeht, denen er nachgehen möchte, und uns erzählt, was er gefunden hat.

Neurowissenschaften sind das Studium einfacher Fragen mit schwierigen Antworten. Wie und warum hat sich unser Kortex so entwickelt? (Woher kommen wir?) Welche kognitiven Fähigkeiten unterscheiden uns von anderen Tieren? (Was sind wir?) Wie lernen wir, wie lehren wir und wie werden sich diese Prozesse verändern, wenn wir herausfinden, wie wir sie wirklich nutzen können? Wohin gehen wir? mit der Aufschrift Gauguin. An den meisten dieser Fragen arbeiten wir noch. In der Zwischenzeit helfen uns unsere neuen Preisträger zu verstehen, wo wir stehen.

Foto: Paul Gauguin [Public domain], über Wikimedia Commons

Dieser Artikel wurde ursprünglich am 11. Oktober 2014 veröffentlicht