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Leseliste: kognitive Karten, Ortszellen und Gitterzellen

Warum der Hippocampus für eine Ratte im Becken zählt.

Von der Redaktion von watermaze.org · Aktualisiert am

Das Wasserlabyrinth wurde berühmt, weil es auf den Hippocampus anspricht. Diese Arbeiten erklären, warum, von Tolmans Idee einer "kognitiven Karte" bis zur Entdeckung von Ortszellen und Gitterzellen.

  • Tolman (1948). Cognitive maps in rats and men. Psychological Review 55(4):189-208. doi:10.1037/h0061626
    Tolmans klassische Arbeit argumentiert, dass Ratten eine kartenartige Repräsentation ihrer Umgebung lernen statt einfacher Reiz-Reaktions-Ketten. Sie fasst Experimente zu latentem Lernen und Ortslernen zusammen und prägte den Begriff 'kognitive Karte', auf dem spätere Arbeiten zur räumlichen Navigation aufbauen.
  • O'Keefe & Dostrovsky (1971). The hippocampus as a spatial map. Preliminary evidence from unit activity in the freely-moving rat. Brain Research 34(1):171-175. doi:10.1016/0006-8993(71)90358-1
    O'Keefe und Dostrovsky leiteten Einzelzellen im Hippocampus frei beweglicher Ratten ab und fanden Zellen, die feuerten, wenn die Ratte in einem bestimmten Teil ihrer Umgebung war. Dieser kurze Bericht lieferte den ersten Beleg für die späteren Ortszellen und die Idee des Hippocampus als räumliche Karte.
  • O'Keefe (1976). Place units in the hippocampus of the freely moving rat. Experimental Neurology 51(1):78-109. doi:10.1016/0014-4886(76)90055-8
    O'Keefe beschreibt ausführlich hippocampale 'Ortseinheiten' bei frei beweglichen Ratten, deren Feuern an den Aufenthaltsort des Tieres gebunden ist. Die Arbeit charakterisiert ihre Feuerfelder und begründete die Beschreibung der Ortszelle, die die spätere Forschung zum räumlichen Gedächtnis nutzt.
  • Taube et al. (1990). Head-direction cells recorded from the postsubiculum in freely moving rats. I. Description and quantitative analysis. The Journal of Neuroscience 10(2):420-435. doi:10.1523/jneurosci.10-02-00420.1990
    Taube, Muller und Ranck beschreiben Kopfrichtungszellen im Postsubiculum der Ratte, die je nach Richtung des Kopfes in der Horizontalebene feuern, unabhängig vom Ort. Position und Ausrichtung wurden per Video-Tracking zweier am Kopf befestigter LEDs gemessen.
  • Hafting et al. (2005). Microstructure of a spatial map in the entorhinal cortex. Nature 436(7052):801-806. doi:10.1038/nature03721
    Hafting, Fyhn, Molden, Moser und Moser entdeckten Gitterzellen im dorsokaudalen medialen entorhinalen Cortex der Ratte. Diese Zellen feuern an den Eckpunkten eines regelmäßigen Dreiecksgitters über die Umgebung und bilden eine topografisch geordnete räumliche Karte.
  • Moser et al. (2008). Place Cells, Grid Cells, and the Brain's Spatial Representation System. Annual Review of Neuroscience 31(1):69-89. doi:10.1146/annurev.neuro.31.061307.090723
    Moser, Kropff und Moser zeigen, wie hippocampale Ortszellen und entorhinale Gitterzellen gemeinsam das räumliche Repräsentationssystem des Gehirns bilden. Der Überblick erklärt, wie Gitterzellen eine auf Pfadintegration beruhende Karte der eigenen Position stützen könnten.
  1. O'Keefe & Dostrovsky (1971). The hippocampus as a spatial map. Preliminary evidence from unit activity in the freely-moving rat. Brain Research 34(1):171-175. doi:10.1016/0006-8993(71)90358-1 Klassiker
    O'Keefe und Dostrovsky leiteten Einzelzellen im Hippocampus frei beweglicher Ratten ab und fanden Zellen, die feuerten, wenn die Ratte in einem bestimmten Teil ihrer Umgebung war. Dieser kurze Bericht lieferte den ersten Beleg für die späteren Ortszellen und die Idee des Hippocampus als räumliche Karte.
  2. O'Keefe (1976). Place units in the hippocampus of the freely moving rat. Experimental Neurology 51(1):78-109. doi:10.1016/0014-4886(76)90055-8 Klassiker
    O'Keefe beschreibt ausführlich hippocampale 'Ortseinheiten' bei frei beweglichen Ratten, deren Feuern an den Aufenthaltsort des Tieres gebunden ist. Die Arbeit charakterisiert ihre Feuerfelder und begründete die Beschreibung der Ortszelle, die die spätere Forschung zum räumlichen Gedächtnis nutzt.
  3. Morris et al. (1982). Place navigation impaired in rats with hippocampal lesions. Nature 297(5868):681-683. doi:10.1038/297681a0 Klassiker
    Morris, Garrud, Rawlins und O'Keefe fanden, dass Ratten mit Hippocampusläsionen eine verborgene Plattform im Wasserlabyrinth schlechter fanden, aber weiterhin zu einer sichtbaren Plattform schwimmen konnten. Die Studie verknüpfte Ortsnavigation im Wasserlabyrinth mit der Funktion des Hippocampus.
  4. O'Keefe & Recce (1993). Phase relationship between hippocampal place units and the EEG theta rhythm. Hippocampus 3(3):317-330. doi:10.1002/hipo.450030307 Klassiker
    O'Keefe und Recce fanden, dass hippocampale Ortszellen in immer früheren Phasen des Theta-Rhythmus feuern, während die Ratte das Ortsfeld durchquert. Diese 'Phasenpräzession' zeigte, dass Ortszellen räumliche Information im Zeitpunkt ihrer Spikes und nicht nur in ihrer Feuerrate tragen.
  5. O'Keefe & Burgess (1996). Geometric determinants of the place fields of hippocampal neurons. Nature 381(6581):425-428. doi:10.1038/381425a0 Klassiker
    O'Keefe und Burgess leiteten dieselben Ortszellen in rechteckigen Boxen ab, die sich nur in der Wandlänge unterschieden. Die Ortsfelder änderten Form und Lage mit der Geometrie, passend zu einem Modell, in dem Felder aus Eingängen entstehen, die auf Abstände zu den Wänden abgestimmt sind.
  6. Burgess et al. (2002). The Human Hippocampus and Spatial and Episodic Memory. Neuron 35(4):625-641. doi:10.1016/s0896-6273(02)00830-9 Klassiker
    Burgess, Maguire und O'Keefe sichten neuropsychologische, verhaltensbezogene und bildgebende Belege für die Rolle des menschlichen Hippocampus im räumlichen und episodischen Gedächtnis. Mehrere der besprochenen Studien testen Navigation und Gedächtnis beim Menschen mit Virtual Reality.
  7. Astur et al. (2002). Humans with hippocampus damage display severe spatial memory impairments in a virtual Morris water task. Behavioural Brain Research 132(1):77-84. doi:10.1016/s0166-4328(01)00399-0 Klassiker
    Astur, Taylor, Mamelak, Philpott und Sutherland testeten Patienten mit einseitiger Hippocampusresektion in einer virtuellen Morris-Wasseraufgabe. Die Patienten zeigten im Vergleich zu Kontrollen schwere räumliche Navigationsdefizite, was die Gültigkeit der Aufgabe als hippocampusabhängiger Test beim Menschen stützt.
  8. Ekstrom et al. (2003). Cellular networks underlying human spatial navigation. Nature 425(6954):184-188. doi:10.1038/nature01964 Klassiker
    Ekstrom und Kollegen leiteten einzelne Neuronen bei Patienten ab, die durch eine virtuelle Stadt navigierten. Zellen im Hippocampus antworteten an bestimmten Orten, ein direkter Beleg für ortsartige Kodierung beim Menschen während virtueller Navigation.
  9. Hafting et al. (2005). Microstructure of a spatial map in the entorhinal cortex. Nature 436(7052):801-806. doi:10.1038/nature03721 Klassiker
    Hafting, Fyhn, Molden, Moser und Moser entdeckten Gitterzellen im dorsokaudalen medialen entorhinalen Cortex der Ratte. Diese Zellen feuern an den Eckpunkten eines regelmäßigen Dreiecksgitters über die Umgebung und bilden eine topografisch geordnete räumliche Karte.
  10. Moser et al. (2008). Place Cells, Grid Cells, and the Brain's Spatial Representation System. Annual Review of Neuroscience 31(1):69-89. doi:10.1146/annurev.neuro.31.061307.090723 Klassiker
    Moser, Kropff und Moser zeigen, wie hippocampale Ortszellen und entorhinale Gitterzellen gemeinsam das räumliche Repräsentationssystem des Gehirns bilden. Der Überblick erklärt, wie Gitterzellen eine auf Pfadintegration beruhende Karte der eigenen Position stützen könnten.
  11. Garthe et al. (2009). Adult-Generated Hippocampal Neurons Allow the Flexible Use of Spatially Precise Learning Strategies. PLoS ONE 4(5):e5464. doi:10.1371/journal.pone.0005464 Klassiker
    Garthe, Behr und Kempermann analysierten Suchstrategien im Wasserlabyrinth bei Mäusen mit verminderter adulter hippocampaler Neurogenese. Sie ordneten Schwimmwege Strategien zu und fanden, dass neue Neuronen für den flexiblen Einsatz präziser räumlicher Strategien nötig waren, besonders nach dem Versetzen des Ziels.
  12. Harvey et al. (2009). Intracellular dynamics of hippocampal place cells during virtual navigation. Nature 461(7266):941-946. doi:10.1038/nature08499 Klassiker
    Harvey und Kollegen kombinierten Ganzzellableitungen bei kopffixierten Mäusen mit einer virtuellen linearen Bahn. Sie bestimmten die unterschwellige Membrandynamik hippocampaler Ortszellen während virtueller Navigation.

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