Sich räumlich orientieren zu können ist eine fundamentale Fähigkeit des Gehirns, wobei die Aktivität einzelner Nervenzellen im Gehirn als auch die großer Zellverbünde eine entscheidende Rolle spielen. Zahlreiche Tierstudien haben gezeigt, dass es besondere Nervenzellen im Gehirn gibt, die für die Navigation wichtig sind, wobei die Aktivität der Ortszellen codiert, wo sich im Raum ein Individuum befindet. Zusammen mit anderen spezialisierten Zellen wie den Rasterzellen bilden sie eine Art GPS-System im Gehirn.
Gitterzellen, Rasterzellen bzw. Grid cells sind jene Nervenzellen im Gehirn, die der Orientierung dienen, und dabei wie Landkarten mit metrischen Koordinaten arbeiten, wobei sie neben räumlichen Informationen auch Zielinformationen liefern. Die Gitterzellen im entorhinalen Cortex sind dadurch Teil des Orientierungssinns des Menschen und können bestimmte Orte und Wege mithilfe eines hexagonalen Netzes präzise bestimmen, wobei sie ihre Informationen aus dem Hippocampus bzw. vonden dort lokalisierten Ortszellen bzw. Platzzellen erhalten. Im Gegensatz zu den Ortszellen, die nur an einer Stelle aktiv sind, sind Gitterzellen vielerorts aktiv, wobei deren Aktivität einem auffallend regelmäßigen, hexagonalen Muster neuronaler Signale folgen, das die gesamte Umgebung eines Menschen in Form eines Mosaiks nachzeichnet, wobei auch Zielinformationen durch eine Verformung des Aktivitätsfelds der Gitterzellen geliefert werden, sodass eine Art Stadtplan entsteht. Die Ortszellen, die einem Ziel am nächsten liegen, verschieben sich dabei stärker als jene, die weiter von diesem entfernt liegen. Allerdings bleibt die Verformung der Gitterzellen während einer Ortssuchleistung über einen längeren Zeitraum erhalten, während das bei Ortszellen nicht der Fall ist, denn diese nehmen bald wieder ihre ursprüngliche Form an. Gitterzellen haben also eine Form der Erinnerung, die Ortszellen nicht besitzen, sodass die Gitterzellen das Verhalten eines Lebewesens damit mitbestimmen. Die Gitterzellen informieren also vermutlich die Ortszellen über relevante Regionen, während Ortszellen diese Regionen dann präzise kartieren.
Ein mögliches Bindeglied zwischen der Einzelzell- und der Netzwerkebene liegt im entorhinalen Cortex, in dem die Rasterzellen lokalisiert sind, die in Tierstudien umfangreich charakterisiert wurden und für die eine Rolle bei der räumlichen Orientierung auf Einzelzellebene belegt ist. Eine Theorie besagt, dass benachbarte Zellen ähnliche Orte codieren, wobei dieses räumliche Muster dann auch in den Oszillationen sichtbar sein müssten. Ein anderer Ansatz beschreibt, dass beim Navigieren in bestimmte Richtungen eine größere Anzahl unterschiedlicher Zellen aktiviert wird als beim Navigieren in andere Richtungen, was wiederum zu verstärkten Oszillationen führen könnte. Diese EEG-Oszillationen könnten also die Verbindung zwischen Einzelzellen und den üblicherweise bei Menschen untersuchten Netzwerken darstellen. Eine weitere Hypothese besagt, dass die Phänomene auf Einzelzell- und auf Netzwerkebene unabhängig voneinander sind, d. h., die beiden Ebenen könnten parallel voneinander zum Verhalten beitragen, ohne kausal miteinander verknüpft zu sein.
Literatur
Kunz, L., Maidenbaum, S., Chen, D., Wang, L., Jacobs, J. & Axmacher, N. (2019). Mesoscopic neural representations in spatial navigation. Trends in Cognitive Sciences, doi:10.1016/j.tics.2019.04.011.