Caudate Computations in Support of Spatial Navigation
Final Report Abstract
Welche Rolle spielt das sog. dorsale Striatum, insbesondere der Nucleus Caudatus, für den Aufbau von kognitiven Landkarten? Wie integriert das Gehirn die verschiedenen räumlichen Hinweisreize (z.B. Sehinformationen, Eigenbewegungen), aus denen wir unser räumliches Wissen aufbauen? Und wie verändern sich solche räumlichen Prozesse im Alter? Um dieses Problem anzugehen, wurden in diesem Projekt Magnetresonanztomographie (MRT) mit Navigation in virtuellen Umwelten kombiniert, um die Navigationsberechnungen, die im Nucleus Caudatus und seinen wichtigsten Eingangs- und Ausgangsstrukturen durchgeführt werden, genau zu charakterisieren. In einer ersten Studie konnte gezeigt werden, dass im Nucleus Caudatus tatsächlich Vektoren berechnet werden, welche die Entfernung bzw. die Richtung zwischen einer Landmarke und einer Zielposition kodieren. Parallel dazu wurden auch kortikale Repräsentationen gefunden, beispielsweise im sog. lateral occipital complex, in dem eine euklidische Repräsentation räumlicher Positionen vorlag. Derartige Raumrepräsentationen waren zuvor lediglich im Hippocampus beobachtet worden, was eine Reihe von Fragen aufwirft: wie werden die verschiedenen Raumrepräsentationen bei der Steuerung des menschlichen Navigationsverhaltens koordiniert? Inwieweit können die Raumrepräsentation im Nucleus Caudatus / lateral occipital complex die Beeinträchtigung hippokampaler Repräsentationen – z.B. als Folge der Alzheimer Erkrankung – kompensieren? In einer zweiten Studie konnte erstmals gezeigt werden, dass im menschlichen Gehirn aus verschiedenen Sinnesquellen letztlich eine Raumrepräsentation entsteht, welche unabhängig von den Eingangsreizen sind. Konkret bedeutet dies, dass aus den verschiedenen sensorischen Informationsquellen (z.B. visuelle Landmarken, körperbezogene Informationen über Eigenbewegungen) in späteren Verarbeitungsstufen abstrakte, modalitätsunabhängige Raumrepräsentationen entstehen. Zusätzlich zu den experimentellen Studien wurde eine ausführliche Literaturanalyse durchgeführt, um zu untersuchen, ob es einen Zusammenhang zwischen unbeeinträchtigten Gedächtnis- und Navigationsleistungen im hohen Alter gibt. Aus der Literatur ist bekannt, dass ein kleiner Teil der älteren Bevölkerung (>80 Jahre) – sog. SuperAger – über außergewöhnliche Gedächtnisleistungen verfügt, die vergleichbar ist mir der von 40- 50jährigen. Die kritische Analyse der existierenden Studien ergab in der Tat erste Hinweise auf einen Zusammenhang zwischen Navigations- und Gedächtnisleistungen im Alter. Daraus lassen sich potenzielle Interventionsmöglichkeiten zur Erhaltung von Gedächtnisleistungen im Alter ableiten, die experimentell geprüft werden können.
