Wenn du eine Karte hast, kannst du wissen, wo du bist, ohne zu wissen, in welche Richtung du schaust. Wenn Sie einen Kompass haben, können Sie wissen, in welche Richtung Sie schauen, ohne zu wissen, wo Sie sich befinden. Tiere, von Ameisen über Mäuse bis hin zu Menschen, verwenden beide Arten von Informationen, um sich an vertrauten Orten neu zu orientieren, aber wie sie diese Informationen anhand von Umwelteinflüssen bestimmen, ist nicht gut verstanden.
In einer neuen Studie an Mäusen haben Forscher der University of Pennsylvania gezeigt, dass diese Systeme unabhängig voneinander funktionieren. Ein Hinweis, der beide Arten von Informationen eindeutig lieferte, ermöglichte es den Mäusen, ihren Standort zu bestimmen, aber nicht die Richtung, in die sie blickten.
Die in den Proceedings of the National Academy of Sciences veröffentlichte Studie wurde von den Doktoranden Joshua Julian und Alexander Keinath, der Assistenzprofessorin Isabel Muzzio und Professor Russell Epstein, alle vom Fachbereich Psychologie der Penn's School of Arts, durchgeführt & Wissenschaften.
"Wenn du dich verlaufen hast", sagte Epstein, "wie kannst du dich wieder orientieren? Die Leute studieren das seit mehr als 25 Jahren, aber sie haben sich nicht auf die Tatsache konzentriert, dass die Ortserkennung, herauszufinden, wo du bist, und das Abrufen, herauszufinden, in welche Richtung du blickst, könnten zwei getrennte Systeme sein."
Das Experiment des Teams war eine aktualisierte Version einer der ursprünglichen Studien zur Neuorientierung, die 1986 von den Psychologen Ken Cheng und Randy Gallistel an der Penn durchgeführt wurde und zeigte, dass Ratten die Form eines Raums verwenden, aber keine anderen Arten von Räumen informative Features, um sich zu orientieren.
Um dies zu zeigen, benutzten die Forscher in der Studie von 1986 einen kleinen rechteckigen Raum, der in jeder Ecke Tassen hatte, in denen Essen versteckt werden konnte. Aus der Vogelperspektive der Forscher war das Futter immer in der nordwestlichen Ecke versteckt. Aus Sicht der Ratte hätten Markierungen an den Wänden zwischen den Ecken unterscheiden müssen, damit sie jedes Mal die nordwestliche Ecke finden könnten. Nachdem die Forscher die Ratten herumwirbelten, um sie dazu zu bringen, die Orientierung zu verlieren, suchten die Ratten jedoch mit gleicher Wahrscheinlichkeit im Südosten wie im Nordwesten. Diese sagten den Forschern, dass die "Kompasse" der Ratten auf die Geometrie des Raums kalibriert waren. Die Ratten lernten im Wesentlichen, dass das Essen immer in einer Ecke versteckt war, wo die lange Wand zu ihrer Linken war, aber anscheinend konnten sie die Markierungen an den Wänden nicht verwenden, um zu sagen, welche kurze Wand welche war.
„Diese früheren Neuorientierungsstudien“, sagte Julian, „haben uns gelehrt, wie der mentale Kompass funktioniert, aber nichts über die mentale Landkarte gesagt Tier auf der Welt war, haben sie uns nicht gesagt, welche der Umgebungshinweise verwendet wurden, um die Karte wiederherzustellen. Sie sagten uns nur, dass Geometrie verwendet wurde, um den Kompass wiederzufinden."
In der neuen Version des Experiments wurden Mäuse darauf trainiert, in zwei verschiedenen rechteckigen Räumen Futter zu finden. Diese Räume waren identisch, außer dass die Markierungen an ihren Nordwänden mit unterschiedlichen Merkmalen verziert waren, vertikale Streifen in einem, horizontale Streifen im anderen.
"Damit die Mäuse die Belohnung finden", sagte Keinath, "müssen sie jetzt zwei Probleme lösen: Erstens, in welcher Kammer befinde ich mich? Und zweitens, in welche Richtung ich blicke? Theoretisch die Merkmale könnte verwendet werden, um diese beiden Probleme zu lösen. Sie könnten Ihnen sagen, in welchem Raum Sie sich befinden und in welche Richtung Sie schauen. In der Praxis finden wir das jedoch nicht."
Um zu testen, wie die Mäuse diese beiden Informationen nutzen, wurde das Futter in den beiden Räumen in verschiedenen Ecken versteckt. Im vertikal gestreiften Raum war das Essen immer in der nordwestlichen Ecke, im horizontal gestreiften Raum war es immer im Nordosten.
Wenn Mäuse ein einziges Orientierungssystem hätten, das sowohl als Karte als auch als Kompass fungierte, hätten die Mäuse jedes Mal die Streifen verwenden können, um das Futter zu finden. Sie machten jedoch immer noch die gleiche Art von geometrischem Fehler, der im ursprünglichen Neuorientierungsexperiment zu sehen war.
In dem Raum mit vertikalen Streifen würden die Mäuse zwischen der nordwestlichen und südöstlichen Ecke tippen, und in dem Raum mit horizontalen Streifen würden sie zwischen Nordost und Südwest tippen. Dies zeigte, dass die Wandmarkierungen die Karte lieferten, in welchem der beiden Räume sich die Maus befand, aber nur geometrische Merkmale wurden verwendet, um den Kompass einzustellen, der dem Tier sagte, welche Richtung welche war.
"Man findet heraus, ob zwei mentale Operationen unabhängig voneinander sind", sagte Epstein, "dass man etwas findet, das die eine und die andere nicht betrifft. Weil die Mäuse in verschiedenen Räumen in verschiedene Ecken gehen, wir wissen, dass sie anhand der Streifen an der Nordwand feststellen können, in welchem Raum sie sich befinden. Aber trotz der Tatsache, dass die gestreifte Wand ihnen auch sagen könnte, in welche Richtung sie schauen, benutzen sie sie nicht dafür."
Zukünftige Arbeiten werden die Durchführung ähnlicher Experimente umfassen, während direkte Gehirnaufzeichnungen von den "Ortszellen" der Mäuse gesammelt werden. Die Entdeckung von Ortszellen und verwandten „Gitterzellen“war Gegenstand des Nobelpreises für Physiologie und Medizin 2014; zusammen bilden sie die Grundlage des Positionierungssystems des Gehirns.
„Wir nehmen derzeit vom Hippocampus auf“, sagte Muzzio, „der Gehirnregion, die Ortszellen enthält, um zu bestimmen, wie sich räumliche Darstellungen ändern, wenn sich Tiere im Raum neu orientieren. Dies wird es uns ermöglichen, zu untersuchen, wie sich die Gehirnkarten ändern wenn Tiere Geometrie statt Hinweise verwenden."
