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Orientierung ist Kinderspiel

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Rattenbaby mit Mutter bei der ersten Umgebungserkundung: Mit dem ersten Öffnen der Augen am 15. Lebenstag funktioniert der Orientierungssinn. Foto: Kavli Institute for Systems Neuroscience
Der Orientierungssinn ist im Gehirn schon bei der Geburt fest verdrahtet und wird nicht erlernt. In Versuchen mit Rattenbabys haben europäische Forscher nachgewiesen, dass sich das Konzept der Raumerfassung in den ersten zwei Wochen optimiert: Drei Komplexe von Nervenzellen bestimmen dabei die Richtung des Kopfes, die Position des Tiers und liefern ihm die Karte der Umgebung. Den Beleg dafür haben winzige Sensoren im Gehirn von neugeborenen Ratten geliefert: Diese registrierten, dass die spezialisierten Nervenzellen sofort nach der Geburt funktionierten und dass die Richtungsbestimmung als erstes optimiert wurde.

Um herauszufinden, ob das Gehirn Ort und Raum vom ersten Augenblick an registriert, sind Rattenbabys die idealen Versuchstiere: Sie öffnen 15 Tage nach der Geburt die Augen und beginnen mit der Erforschung ihrer Umgebung. Außerdem sind Übertragungen vom Rattenmodell auf den Menschen in der Wissenschaft etabliert. Das Forscherteam aus Norwegen und Schottland implantierte den Rattenbabys am 13ten Tag nach der Geburt Miniatursensoren, mit denen sie die Aktivitäten von Nervenzellen im Hippocampus überwachten. In diesem Hirnareal fließen die Informationen verschiedener sensorischer Systeme zusammen. Dabei konzentrierte sich die Beobachtung auf die drei Neuronenkomplexe, die für die Orientierung zuständig sind. Die Tiere wurden wieder zur Mutter in die Käfige gesetzt und insgesamt über einen Monat beobachtet.

Als die Rattenbabys nach 15 Tagen ihre Augen öffneten, arbeitete sofort die Richtungsbestimmung: Eine bestimmte Gruppe von Nervenzellen wurde aktiv, wenn der Kopf eines Tiers in Richtung der erwachsenen Tiere deutete. „Die Kopf-Richtungs-Zellen waren von Beginn an funktional ausgreift“, berichtet Rosamund Langston. Nach diesem Kompass optimierten sich die Neuronen für die Ortsbestimmung, die eine bestimmte Position im Raum definieren. Als letztes reiften am 16. Tag die Zellen, die den Tieren ein geometrisches Koordinatensystem ihrer Umgebung für die Entfernungsabschätzung liefern. Aber vom ersten Augenblick an interagierten die drei Gehirnareale und im Alter von 30 Tagen war das Raumkonzept ausgebildet.

„Der Orientierungssinn scheint im Gehirn fest verdrahtet zu sein“, erklärt Langston. „Für die erste Umgebungserforschung existiert ein Fundament aus starken Bausteinen, die das System zur Navigation bilden.“ Keinerlei Unterschiede konnten die Wissenschaftler bei den Orientierungsfähigkeiten von weiblichen und männlichen Rattenbabys feststellen. Beide Geschlechter besitzen also die gleichen Bausteine für die Darstellung des Raums im Gehirn. Unterschiedliche Fähigkeiten bei der Orientierung könnten nach Ansicht der Wissenschaftler daraus resultieren, wie die Karte einer Umgebung aufgebaut wird.

Eine zweite Forschergruppe um Tom Wills vom University College London hat zeitgleich ihre Forschung über die Entwicklung des Raumsinns bei Rattenbabys in „Science“ veröffentlicht. Die Ergebnisse decken sich mit denen von Langston, nur dass für den Reifezeitpunkt des Raumkoordinatensystems der Tag 20 statt des Tags16 ermittelt wurde.

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Rosamund Langston, Norwegian University of Science and Technology, Trondheim) et al.: Science Bd. 328, doi: 10.1126/science.1188210 ddp/wissenschaft.de ? Rochus Rademacher
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