Das Gehirn hilft uns beim Navigieren durch die Welt, aber es funktioniert auch wie ein Navigationssystem. Das sagt der Neurowissenschaftler Prof. Christian Doeller, der für seine Forschung gerade den mit 2,5 Mio. Euro dotierten Leibniz-Preis bekommen hat.
Der Psychologe Prof. Dr. Christian Doeller vom Max-Planck-Institut für Kognitions- und Neurowissenschaften lässt Studierende in Leipzig im Scanner Computergames spielen, um zu erforschen, wie ihr Gehirn funktioniert. Die Probandinnen und Probanden haben eine Tastatur in der Hand, um zu navigieren oder Entscheidungen zu treffen.
WERBUNG
WERBUNG
Herausfinden will der Neurowissenschaftler mit seinen Teams im Doellerlab vor allem eine Sache: Welche sind die wichtigsten Kodierungsprinzipien des Gehirns, die das menschliche Denken ermöglichen?
Doeller beschreibt das Computerspiel, das die Testpersonen auf der Rückwand des Scanners sehen: „Sie sind zum Beispiel Taxifahrer und müssen eine Person von A nach B bringen. Und während sie diese Aufgabe durchführen, messen wir parallel die Gehirnaktivität.“
Während die Testpersonen durch die virtuelle Stadt fahren, funktioniert ihr Gehirn wie ein Navigationssystem. „Probandinnen und Probanden mit einer hohen Navigationsleistung, die also quasi 10 von 10 virtuellen Wegen durch die virtuelle Stadt korrekt navigieren und den kürzesten Weg immer finden, haben die höchste Aktivität.“
Das Gehirn als Navigationssystem oder Zettelkasten
Die Systeme im Gehirn, die beim Navigieren helfen, sortieren laut Professor Doeller wie ein Navigationssystem das Erinnern, Lernen und Wissen. „Wenn Sie sich an Ihre Schulzeit erinnern: Karteikarten, die hat man auch räumlich angeordnet, um Begriffe zu sortieren. Raum ist ein fantastisches Medium, um Dinge aufgrund von Ähnlichkeit und Unähnlichkeit nah zusammen oder weit weg darzustellen.“
Der Soziologe Niklas Luhmann sagte einst, der Zettelkasten, in dem er seine 90.000 handschriftlichen Notizen einsortierte, sei ein Abbild seines Gehirns. An der Universität Bielefeld wird Luhmanns Zettelkasten bis heute analysiert.
Laut dem Neurowissenschaftler Doeller ist das Navigationssystem im Gehirn für das Speichern von Informationen zuständig. „Das heißt, immer wenn Sie eine räumliche Strategie anwenden, um Informationen zu sortieren, Zeitungsartikel an andere Stellen auf Ihrem Tisch zu legen usw., ist sicherlich dieses Navigationssystem aktiv.“
Lange vor dem Navigationssystem hatte der Psychologe bereits 2010 seinen ersten großen Forschungserfolg beim Nachweis der sogenannten Gitterzellen. Das Prinzip der Gitterzellen war schon bei Nagetieren aufgezeigt worden. Doeller und seine Kollegen wiesen in einer in der Zeitschrift Nature veröffentlichten Studie das Signal einer funktionellen Magnetresonanztomographie(fMRT) nach, das die Position einer Testperson in einer Virtual-Reality-Umgebung widerspiegelte und die Kriterien für die Definition der Gitterzell-Kodierung erfüllte. Der Studie zufolge scheinen Menschen Position und räumliche Wahrnehmung auf eine Weise darzustellen, die der von Nagetieren sehr ähnlich ist.
Inzwischen werden Ratten und Mäuse auch mit der virtuellen Realität konfrontiert und dafür auf sich drehende Bälle oder Kugeln geschnallt, wie Doeller erklärt.
„Unsere große zukünftige, momentane, aber auch langfristige Forschungsfrage ist, dass dieses Gehirnsystem der Navigation nicht nur relevant ist, um von A nach B in einer Stadt zu finden, sondern eben auch, um andere kognitive Leistungen auszuführen. Also beispielsweise Konzepte erlernen, neues Wissen aufbauen.“
Professor Doeller und sein Team wollen herausfinden, inwiefern andere kognitive Leistungen wie Handlungskontrolle, Entscheidungsfindung, Erwerb von neuem konzeptionellen Wissen zurückzuführen sind auf die Kernprinzipien ihrer Hypothese des Navigationssystems.
Dank Leibniz-Preis 2,5 Millionen Euro für neue Projekte
Mithilfe moderner bildgebender Verfahren wie der funktionellen Magnetresonanztomographie (fMRT) und der Magnetenzephalographie (MEG) hat Christian Doeller seine entscheidenden Erkenntnisse über das Gehirn gewonnen. Dafür ist er gerade mit dem Gottfried Wilhelm Leibniz-Preis im Wert von 2,5 Millionen Euro ausgezeichnet worden.
Mit dieser beeindruckenden Summe kann Professor Doeller jetzt einfacher die komplizierteren Forschungen angehen, die er besonders spannend findet. Er möchte untersuchen, wie das Gehirn soziale Interaktion verarbeitet, indem zwei Testpersonen, die beim gemeinsamen kognitiven Lernprozess beobachtet.
„Es ist technisch sehr aufwendig, weil die zwei Probandinnen eine interaktive Aufgabe lösen. Und komplex ist natürlich die Synchronisation der zwei Scanner, während die beiden Probandinnen gleichzeitig in dieser Studie die kognitive Aufgabe in beiden Scannern erledigen“, erklärt der Neurowissenschaftler.
Das Max-Planck-Institut für Kognitions- und Neurowissenschaften arbeitet auch an klinischen Studien wie zum Frühstadium der Alzheimer-Erkrankung oder mit Patientinnen und Patienten, die an Long-Covid erkrankt sind. Die Erkenntnisse daraus sind noch nicht veröffentlicht.