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Ortszellen und Gitterzellen in menschlichen Gehirn

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.

Die Bedeutung des Vergessens – die Angstauslöschung

Zu lernen, vorherzusagen, wann und wo Bedrohungen auftreten werden, ist eine wesentliche Voraussetzung für das Überleben von Lebewesen. Von der Gazelle auf der Serengeti bis hin zu den Kindern in der Schule lernen Menschen, bestimmte unscheinbare Hinweise, wie das Hören der Schulglocke, mit negativen Folgen, wie der Gefahr, gemobbt zu werden, in Verbindung zu bringen. Nach dieser Art des Lernens reicht dieses Signal selbst aus, um eine ängstliche Reaktion in uns auszulösen, da wir das damit verbundene negative Ergebnis erwarten.

Diese Angstreaktion bereitet Menschen auf das Handeln vor, indem sie Veränderungen in Herzfrequenz, Blutdruck und psychischem Zustand verursacht, die ihn dazu befähigen, entweder vor der Bedrohung zu fliehen oder um das Überleben zu kämpfen. Es ist klar, wie nützlich diese Lernfähigkeit wäre, wenn man in einer gefährlichen Welt einen Schritt voraus wäre, aber ebenso wichtig ist die Fähigkeit, diese Assoziationen zu vergessen, wenn sie nicht mehr relevant sind.

So nützt es nichts, als Erwachsener Angst vor der Schulglocke zu haben, da es keine Bedrohung mehr gibt. Tatsächlich könnte sich diese Angstreaktion als Erwachsener negativ auf das Leben auswirken, den man keine die Unfähigkeit zum Vergessen von Angsterinnerungen bei vielen angst- und stressbedingten Störungen, wie etwa der posttraumatischen Belastungsstörung beobachten. Bei diesen Erkrankungen werden oft harmlose Hinweise weiterhin mit traumatischen Ereignissen in Verbindung gebracht und können nach dem Vergehen der Bedrohung eine starke Angstreaktion auslösen, die zu längeren Perioden unnötigen Stresses und unnötiger Angst führt. Die Verhaltenstherapie bei diesen Erkrankungen konzentriert sich dabei darauf, das Vergessen von Angsterinnerungen zu induzieren, einen Prozess, der als Angstauslöschung bezeichnet wird. Diese ist jedoch nicht immer erfolgreich und Rückfälle von Angsterinnerungen finden oft nach der Therapie statt, insbesondere in Zeiten von Stress oder Unsicherheit.

Man hofft derzeit, mit dem Wissen über die neuronalen und psychologischen Prozesse neue Ansätze zur Behandlung von Angst- und Belastungsstörungen, einschließlich posttraumatischer Belastungsstörungen zu entwickeln.

Mikrobiota

Die Begriffe Mikrobiota oder Mikrobiom bezeichnen im weitesten Sinn die Gesamtheit aller Mikroorganismen der Erde (Biom), die die Erdkruste, die Gewässer und die Erdatmosphäre besiedeln. Auch der menschliche Körper wird von einer Vielzahl von mikroskopisch kleinen Organismen oder Mikroben besiedelt, die zusammenfassend als menschliche Mikrobiota bezeichnet werden. Dieses Ökosystem besteht aus Billionen von Zellen, darunter Bakterien, Archäen, Viren und Pilzen.

Das Mikrobiom entwickelt sich erst nach der Geburt und bildet in den ersten Lebensjahren bei jedem neuen Erdbewohner ein ihm eigenes Milieu aus, das genau auf ihn zugeschnitten ist. Dabei spielen Umwelteinflüsse, Lebensumstände und die Ernährung eine entscheidende Rolle. Je nach dem, wie ein Kind aufwächst und was auf dieses einwirkt, entwickelt es mit der Zeit seine eigene, recht stabile Zusammensetzung dieser verschiedenen Organismen. Bei vielen Erkrankungen haben Wissenschaftler eine empfindliche Störung der individuellen mikrobiellen Ökosysteme beobachtet, denn so vielfältig und aufeinander abgestimmt sie sind, so leicht sind sie durch äußere Einflüsse auch aus dem Gleichgewicht zu bringen. Diese Mikrobiota sind daher keine neutralen Beobachter, sondern leben in einer engen Beziehung zu uns, wobei sie für eine normale Gesundheit unerlässlich sind. Die größten Populationen von Mikroben befinden sich in unserem Darm, wo sie die Verdauung unterstützen, Infektionen durch krankheitserregende Organismen verhindern und unser Immunsystem darüber informieren, was es zu bekämpfen hat. Es ist allgemein bekannt, dass die Darm-Mikrobiota zur normalen Funktion des Immunsystems beiträgt, was sich über Jahrtausende hin entwickelt hat und ständig verändert. Mikrobiota im Darm haben auch eine wichtige Rolle als Barriere nach außen und für die Abwehr schädlicher Einflüsse. Darüber hinaus sind sie entscheidend am Stoffwechsel und an der Energieversorgung beteiligt. Sie sind letztlich an einem reibungslosen Ablauf wichtiger Körperfunktionen interessiert, da auch ihr Überleben dadurch mitbestimmt wird.

Kurioses: Neuen Erkenntnissen zufolge hat das beim Küssen ausgetauschte Mikrobiom auch Auswirkungen auf die Gesundheit und womöglich sogar auf das Verhalten eines Individuums, denn manche Bakterien produzieren Substanzen, die im Gehirn an komplexen Reaktionen wie sozialem Verhalten beteiligt sind. Sobald sich die Menschen küssend aufeinander eingelassen und aneinander gewöhnt haben, wirkt Küssen stresslindernd, denn die Konzentration des Stresshormons Cortisol sinkt. (Stangl, 2019).

Literatur

Stangl, W. (2019). Stichwort: ‘Philematologie | Online Lexikon für Psychologie und Pädagogik. Online Lexikon für Psychologie und Pädagogik.
WWW: https://lexikon.stangl.eu/15480/philematologie/ (2017-03-07)

Östrogen und Gedächtnis

Nach neueren Untersuchungen (Lu et al., 2019) ist das weibliche Sexualhormon Östrogen möglicherweise auch von Bedeutung für kognitive Fähigkeiten, denn wie Experimente an Mäusen zeigten, fördert eine im Gehirn von Männern und Frauen produzierte Form dieses Botenstoffs die synaptische Plastizität und damit Lern- und Erinnerungsprozesse. Bei Mäusen war in Experimenten die synaptische Plastizität durch das fehlende Östrogen offenbar deutlich geschwächt, denn es veränderten sich die Synapsen als Reaktion auf Lernprozesse weniger stark, vor allem kam es zu einer verminderten Langzeitpotenzierung, die eine nachhaltige Verstärkung der Signalübertragung bei bestimmten Synapsen bewirken. Ob das allerdings auch auf den Menschen zutrifft, müssen weitere Studien allerdings noch bestätigen. Allerdings klagen Frauen in den Wechseljahrenüber kognitive Probleme wie Vergesslichkeit, Lernschwierigkeiten, Konzentrations- und Denkstörungen, und haben Probleme mit geistigen Aufgaben, die sie vorher leicht bewältigten. Wissenschaftler untersuchten Frauen in vier Gruppen: Die Frauen befanden sich entweder am Beginn der Wechseljahre mit einem noch regelmäßigen Zyklus, in den frühen Wechseljahren mit ersten Unregelmäßigkeiten der Menstruation, in den späten Wechseljahren oder im ersten Jahr nach der Menopause. Bei Tests zur Aufmerksamkeit, zum Gedächtnisses, zur Geschicklichkeit und zur Feinmotorik zeigte sich, dass Frauen im frühen Stadium der Menopause bei Lern- und Gedächtnisaufgaben sowie der Feinmotorik schlechter abschnitten als Frauen der anderen Gruppen. Da Hippocampus und präfrontaler Cortex bei der Aufnahme und Verarbeitung neuer Informationen wichtig sind, und diese Areale mit zahlreichen Östrogenrezeptoren ausgestattet sind, arbeiten sie besonders gut unter Östrogeneinfluss. Kommt es dann zu Schwankungen im Östrogenspiegel, reagieren diese beiden Regionen empfindlich (vgl. Weber et al., 2012, Weber & Mapstone, 2009).

Literatur

Lu, Yujiao, Sareddy, Gangadhara R., Wang, Jing, Wang, Ruimin, Li, Yong, Dong, Yan, Zhang, Quanguang, Liu, Jinyou, OConnor, Jason, Xu, Jianhua, Vadlamudi, Ratna K. & Brann, Darrell (2019). Neuron-Derived Estrogen Regulates Synaptic Plasticity and Memory. The Journal of Neuroscience, doi:10.1523/JNEUROSCI.1970-18.
Weber, M.T., Mapstone, M., Staskiewicz, J. & Maki, P.M. (2012). Reconciling subjective memory complaints with objective memory performance in the menopausal transition. Menopause, 19, 735-741.
Weber, M. T. & Mapstone, M. (2009). Memory complaints and memory performance in the menopausal transition. Menopause, 16, 694-700.

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Ergänzende Texte zu Werner Stangls psychologischen und pädagogischen Arbeitsblättern

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