Wie der Hippocampus Navigation und Wert leitet

Der Hippocampus ist ein super wichtiger Teil des Gehirns, der uns hilft, unsere Umgebung zu verstehen und uns darin zurechtzufinden. Einfach gesagt, er hilft dabei, eine mentale Karte zu erstellen, wo wir gerade sind. Diese mentale Karte ist nützlich, um Essen zu finden, Gefahren zu vermeiden und wichtige Orte zu merken. Im Hippocampus gibt's spezielle Zellen, die sogenannten Ort-Zellen, die aktiv werden, wenn ein Tier an einem bestimmten Ort ist. Studien haben gezeigt, dass diese Zellen aktiver sind, wenn das Tier nahe an einem Ziel ist, wie z.B. Essen, was darauf hindeutet, dass der Hippocampus wichtige Infos zu Zielen und Aufgaben verarbeitet.

Wie der Hippocampus jedoch den Standort von Orten mit ihrem Wert kombiniert – also wie viel Essen verfügbar ist oder wie sicher ein Ort ist – ist noch unklar. Forscher glauben, dass verschiedene Teile des Hippocampus spezielle Rollen bei der Verarbeitung von räumlichen und wertbezogenen Informationen haben könnten.

#Verschiedene Regionen des Hippocampus

Der Hippocampus lässt sich in drei Regionen unterteilen, basierend auf ihren physischen Eigenschaften: den dorsalen (dHP), den intermediären (iHP) und den ventralen (vHP) Bereichen. Jede dieser Regionen verbindet sich mit verschiedenen Teilen des Gehirns, die unterschiedliche Arten von Informationen verarbeiten. Zum Beispiel verbindet sich der dHP mit Bereichen, die visuelle Infos über den Raum verarbeiten, während der iHP Signale aus Bereichen erhält, die sich auf den emotionalen Wert von Erfahrungen beziehen.

Der vHP verbindet sich auch mit Regionen, die wertbezogene Informationen verarbeiten, schickt aber nicht viele Signale zum dHP. Interessanterweise haben der iHP und der vHP stärkere Verbindungen zu den Teilen des Gehirns, die mit der Entscheidung, welche Aktionen man ergreifen soll, zu tun haben. Das ist wichtig, wenn man versucht, ein Ziel zu erreichen. Das deutet darauf hin, dass der iHP eine Schlüsselrolle dabei spielt, räumliche Standorte mit ihren Werten zu verknüpfen.

Trotz dieser Unterschiede weiss man nicht viel darüber, wie diese verschiedenen Regionen des Hippocampus während Aufgaben funktionieren, die ein Navigieren zu einem Ziel beinhalten. Studien haben gezeigt, dass die Fläche, auf die eine Ort-Zelle reagiert, grösser ist, wenn man den vHP betrachtet, im Vergleich zum dHP. Das könnte bedeuten, dass der dHP besser im präzisen Mapping ist, während der iHP und der vHP mit allgemeineren Informationen zu tun haben, die sich auf Werte beziehen.

#Die Auswirkungen der Inaktivierung von Hippocampus-Regionen

Um die spezifischen Funktionen von dHP und iHP zu verstehen, testeten Forscher Ratten in einer virtuellen Umgebung, in der sie versteckte Bereiche finden mussten, die unterschiedliche Mengen an Belohnungen boten. Indem sie entweder den dHP oder iHP vorübergehend abschalteten, beobachteten die Forscher, wie sich das auf die Navigationsfähigkeiten der Ratten auswirkte.

Als der dHP abgeschaltet wurde, hatten die Ratten Schwierigkeiten, den hoch bewerteten Belohnungsbereich am Anfang ihrer Navigation genau anzusteuern, sie zielten jedoch immer noch in die richtige Richtung. Das deutete darauf hin, dass sie immer noch erkennen konnten, wo der hoch bewertete Bereich war, aber Schwierigkeiten hatten, den effizientesten Weg dorthin zu finden. Im Gegensatz dazu, wenn der iHP abgeschaltet wurde, zeigten die Ratten erhebliche Desorientierung und gingen oft zum niedrig bewerteten Bereich, statt zum hoch bewerteten. Das deutete darauf hin, dass der iHP entscheidend dafür ist, den Standort mit dem Wert dieses Standorts zu verknüpfen.

#Die Navigationsaufgabe

In der virtuellen Realität konnten die Ratten in einer runden Arena mit visuellen Landmarken wie Bäumen und Felsen herumlaufen. Sie starteten von einer festen Position in der Mitte der Arena und navigierten zu zwei versteckten Belohnungszonen, die unterschiedliche Mengen an süsser Flüssigkeit boten. Die Ratten mussten lernen, ihre Körperausrichtung mit dem hoch bewerteten Bereich auszurichten, bevor sie ihren Lauf starteten, um sicherzustellen, dass sie die Belohnungen effizient finden konnten.

Während des Trainings zeigten die Ratten zwei wichtige Verhaltensweisen. Sie lernten schnell, das Laufband in die Richtung der hoch bewerteten Zone zu drehen, kurz bevor sie ihre Reise starteten. Sie nutzten die visuellen Szenen in der Umgebung, um zu entscheiden, wie sie navigieren sollten.

Mit fortschreitendem Training wurden die Ratten geschickter darin, ihre Ausgangsorientierung anzupassen. In den frühen Phasen rannten sie einfach geradeaus, was oft zu Fehlern und Wandstössen führte. Am Ende des Trainings hatten sie jedoch gelernt, sich korrekt mit der hoch bewerteten Zone auszurichten, bevor sie aufbrachen.

#Fortschritt des Lernens verfolgen

Um die Veränderungen in der Effizienz der Navigation der Ratten zu messen, schauten die Forscher auf zwei wichtige Kennzahlen: die Richtung, in die sie sich beim Verlassen des Startpunktes drehten, und wie genau sie die Grenze der Arena überquerten. Zu Beginn des Trainings waren die Abfahrtrichtungen der Ratten zufällig, aber als sie die Aufgabe lernten, wurden ihre Bewegungen zielgerichteter in Richtung der hoch bewerteten Zone. Je besser sie wurden, desto weniger Zeit brauchten sie, um den Belohnungsbereich zu erreichen.

Die Genauigkeit ihrer Navigation verbesserte sich erheblich, während das Training weiterging. Sobald die Ratten lernten, bestimmte visuelle Hinweise mit der hoch bewerteten Zone zu assoziieren, wurde ihr Verhalten viel effizienter. Sie lernten, Wände zu vermeiden, ihre Wege zu optimieren und weniger Fehler zu machen.

#Vergleich der Effekte der Inaktivierung auf die Navigation

Um besser zu verstehen, wie der dHP und der iHP unterschiedlich zur Navigation beitragen, verwendeten die Forscher medikamentöse Behandlungen, um diese Bereiche vorübergehend zu inaktivieren. Sie stellten fest, dass die Ratten, wenn der dHP inaktiviert war, immer noch eine gewisse Fähigkeit zeigten, die hoch bewertete Zone anzusteuern, obwohl sie weniger präzise waren. Allerdings hatten die Ratten, wenn der iHP inaktiviert war, deutlich mehr Schwierigkeiten, zeigten unorganisierte Navigation und machten mehr Fehler.

Wenn man sich anschaut, wie oft die Ratten die hoch bewertete Zone besuchten, wählten die mit dHP-Inaktivierung immer noch diesen Bereich gegenüber dem niedrig bewerteten. Im Gegensatz dazu landeten die Ratten mit iHP-Inaktivierung oft in der niedrig bewerteten Zone, was auf ein Versagen hinweist, effektiv basierend auf dem Wert der Zonen zu navigieren.

#Bedeutung des intermediären Hippocampus

Der iHP scheint entscheidend dafür zu sein, den Wert verschiedener Standorte mit der mentalen Karte der Umgebung zu integrieren. Wenn seine Funktion gestört war, konnten die Ratten ihre Routen zur höher bewerteten Belohnungszone nicht effektiv planen. Zudem wird die Bedeutung des iHP durch seine Verbindungen zu Bereichen des Gehirns unterstrichen, die für die Verarbeitung von Emotionen und Werten zuständig sind, was die Idee unterstützt, dass er eine wichtige Rolle dabei spielt, wie Ratten Entscheidungen basierend auf Belohnungen treffen.

#Probeaufgabe für allgemeine Navigationsfähigkeiten

Nach der Navigationsaufgabe führten die Forscher einen weiteren Test durch, um zu prüfen, ob die medikamentösen Behandlungen die allgemeinen Navigationsfähigkeiten der Ratten beeinflusst hatten. Sie trainierten die Ratten, einem visuellen Hinweis zu folgen, der keine Nutzung des Hippocampus für die Navigation erforderte. Ohne die visuellen Landmarken, die sie in der vorherigen Aufgabe geleitet hatten, konnten die Ratten die Belohnungen leicht finden, was darauf hindeutet, dass ihre grundlegenden Navigationsfähigkeiten intakt blieben.

Das deutet darauf hin, dass die Probleme, die während der primären Navigationsaufgabe beobachtet wurden, nicht auf allgemeine motorische oder motivationale Probleme zurückzuführen waren, sondern tatsächlich mit den spezifischen Rollen zusammenhängen, die dHP und iHP bei der Verarbeitung von räumlichen und wertbezogenen Informationen spielen.

#Fazit

Die Forschung bietet wichtige Einblicke, wie verschiedene Teile des Hippocampus zur Navigation und zielgerichtetem Verhalten beitragen. Während der dHP wichtig für präzise Navigation und das Finden der besten Routen ist, ist der iHP entscheidend dafür, diese Standorte mit ihrem Wert zu verknüpfen. Durch ein klareres Verständnis dieser Rollen gewinnen wir weitergehende Kenntnisse darüber, wie das Gehirn räumliche Informationen verarbeitet und Entscheidungen auf dieser Grundlage trifft. Zukünftige Studien könnten helfen, diese Beziehungen noch weiter zu erforschen und tiefere Einblicke in kognitive Karten und Entscheidungsfindung bei Tieren und möglicherweise auch Menschen zu bieten.