Verbund

Die Rolle von Gitter- und Ortszellen sowie der Phasenpräzession für das menschliche episodische Gedächtnis

Das BMBF ist Partner der multilateralen Förderinitiative „Collaborative Research in Computational Neuroscience (CRCNS)“ der US-amerikanischen National Science Foundation (NSF). In diesem Rahmen fördert das BMBF den deutschen Partner in gemeinsamen Projekten zwischen deutschen, amerikanischen, israelischen und französischen Forschungsgruppen.

In diesem Verbundprojekt arbeiten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler der Universität Freiburg und der Humboldt-Universität zu Berlin mit zwei amerikanischen Arbeitsgruppen an der University of Pennsylvania (Philadephia) und an der Columbia University (New York) zusammen.

In diesem Projekt wird die Rolle von bestimmten Nervenzellen, den so genannten „Gitterzellen“ und „Ortszellen“, untersucht. Diese Nervenzellen bilden das Navigationssystem im Gehirn: Die Gitterzellen sind aktiv, wenn sich Lebewesen im Raum fortbewegen und sich orientieren müssen. Sie vermitteln beispielsweise ein Gefühl für Entfernungen. Die Ortszellen speichern die Information, an welchem Ort man sich befindet.

Es wird untersucht, ob Gitter- und Ortzellen nicht nur für die Navigation im Raum, sondern auch für das Abspeichern und das Abrufen von Gedächtnisinhalten eine wichtige Rolle spielen. Ziel ist es zu erforschen, ob Gitter- oder Ortzellen den räumlichen Kontext der zu erinnernden Gegenstände oder Ereignisse als Gedächtnisinformation verschlüsseln, ob die Erinnerung an diesen räumlichen Kontext auch die Erinnerung an ein bestimmtes Ereignis oder an einen Gegenstand erleichtert und ob Gitter- oder Ortzellen nicht nur den räumlichen sondern auch den zeitlichen Kontext der zu erinnernden Gegenstände oder Ereignisse verschlüsseln. Hierfür wird das Zusammenspiel von Gitter- und Ortszellen mithilfe eines Computers simuliert.

Die Projektergebnisse könnten dazu beitragen, Strategien zur Behandlung von Gedächtnisstörungen und zur Verbesserung von Gedächtnisleistungen zu entwickeln.

Teilprojekte

Teilprojekt Freiburg

Förderkennzeichen: 01GQ1705A
Gesamte Fördersumme: 356.510 EUR
Förderzeitraum: 2018 - 2021
Projektleitung: Prof. Dr. Andreas Schulze-Bonhage
Adresse: Albert-Ludwigs-Universität Freiburg, Medizinische Fakultät, Universitätsklinikum Freiburg, Klinik für Neurochirurgie
Breisacher Str. 64
79106 Freiburg

Teilprojekt Freiburg

Im Projekt werden grundlegende Mechanismen der Gedächtnisbildung beim Menschen untersucht. Tierexperimentelle Daten vorwiegend bei Nagern haben eine eminente Rolle von Gitter- und Ortszellen bei der räumlichen Navigation sowie der Beziehungen zwischen neuronalen Entladungsraten und oszillatorischer Aktivität bei der Ortskodierung gezeigt. In einer früheren Untersuchung der US-deutschen Forschergruppen wurde gezeigt, dass Ortszellen über Aufgaben bei der räumlichen Orientierung hinaus auch eine Rolle bei der Integration räumlicher Informationen in den Abruf episodischer Gedächtnisinhalte spielen. Im vorliegenden Verbundprojekt wird ein spezielles Paradigma räumlicher Navigation in einer offenen virtuellen Umgebung entwickelt, um humane Neurone mit Gitterzell- und Ortszell-Charakteristika während der Enkodierung und des Abrufes episodischer, verbaler Gedächtnisinhalte zu untersuchen. Die hierfür erforderlichen Registrierungen einzelner Neurone im Hippokampus und im enthorhinalen Kortex werden bei kognitiv intakten Patienten durchgeführt, die aus klinischen Gründen EEG-Registrierungen aus diesen Arealen erhalten. Die experimentellen Daten werden mit Modellvorhersagen zu Interaktionen von Gitter- und Ortszellen im entorhinal-hippocampalen Netzwerk und zur Beziehung oszillatorischer Aktivität zu neuronalen Feuerraten verglichen. Das Projekt wird somit unter Integration spezieller Expertise in der Modellierung, kognitiven Analyse und humanen Elektrophysiologie ein grundlegendes mechanistisches Modell räumlicher Gedächtnisleistungen auf der Ebene von Neuronen und der sie verbindenden Netzwerke überprüfen und seine Relevanz für humane deklarative Gedächtnisleistungen insgesamt analysieren.

Teilprojekt Berlin

Förderkennzeichen: 01GQ1705B
Gesamte Fördersumme: 108.012 EUR
Förderzeitraum: 2018 - 2021
Projektleitung: Prof. Dr. Richard Kempter
Adresse: Humboldt-Universität zu Berlin, Lebenswissenschaftliche Fakultät, Institut für Biologie, Arbeitsgruppe Theoretische Neurowissenschaften
Philippstr. 13, Haus 4
10115 Berlin

Teilprojekt Berlin

Im Projekt werden grundlegende Mechanismen der Gedächtnisbildung beim Menschen untersucht. Tierexperimentelle Daten vorwiegend bei Nagern haben eine eminente Rolle von Gitter- und Ortszellen bei der räumlichen Navigation sowie der Beziehungen zwischen neuronalen Entladungsraten und oszillatorischer Aktivität bei der Ortskodierung gezeigt. In einer früheren Untersuchung der US-deutschen Forschergruppen wurde gezeigt, dass Ortszellen über Aufgaben bei der räumlichen Orientierung hinaus auch eine Rolle bei der Integration räumlicher Informationen in den Abruf episodischer Gedächtnisinhalte spielen. Im vorliegenden Verbundprojekt wird ein spezielles Paradigma räumlicher Navigation in einer offenen virtuellen Umgebung entwickelt, um humane Neurone mit Gitterzell- und Ortszell-Charakteristika während der Enkodierung und des Abrufes episodischer, verbaler Gedächtnisinhalte zu untersuchen. Die hierfür erforderlichen Registrierungen einzelner Neurone im Hippokampus und im enthorhinalen Kortex werden bei kognitiv intakten Patienten durchgeführt, die aus klinischen Gründen EEG-Registrierungen aus diesen Arealen erhalten. Die experimentellen Daten werden mit Modellvorhersagen zu Interaktionen von Gitter- und Ortszellen im entorhinal-hippocampalen Netzwerk und zur Beziehung oszillatorischer Aktivität zu neuronalen Feuerraten verglichen. Das Projekt wird somit unter Integration spezieller Expertise in der Modellierung, kognitiven Analyse und humanen Elektrophysiologie ein grundlegendes mechanistisches Modell räumlicher Gedächtnisleistungen auf der Ebene von Neuronen und der sie verbindenden Netzwerke überprüfen und seine Relevanz für humane deklarative Gedächtnisleistungen insgesamt analysieren.