Forscher der Johns Hopkins University haben neue Erkenntnisse darüber gewonnen, wie der menschliche und tierische Gehirn mit Hilfe von Platzzellen im Hippocampus räumliche Orientierung erzielt. Diese spezialisierten Neuronen feuern, wenn ein Tier einen bestimmten Ort erreicht, und ihre Aktivität wird durch Theta-Oszillationen zwischen 7 und 9 Hz gesteuert. Die Studie, veröffentlicht in Nature Neuroscience, zeigt, dass die zeitliche Genauigkeit der Platzzellenaktivität – sogenannte Phase-Coding-Mechanismen – durch zwei Arten von räumlichen Hinweisen beeinflusst wird: externe Hinweise (Allothetisch, wie Sichtbarkeiten oder Gebäude) und interne Hinweise (Idiothetisch, wie eigene Bewegung oder Schrittzahl). Zur Untersuchung nutzten die Forscher ein planetariumsartiges VR-System namens „Dome“, bei dem Ratten auf einer kreisförmigen Plattform laufen, während visuelle Landschaften auf eine hemisphärische Hülle projiziert werden. Durch die unabhängige Steuerung der Bewegung der visuellen Landschaften gegenüber der tatsächlichen Bewegung der Ratte konnten die Wissenschaftler den Unterschied zwischen realer und virtueller Bewegung manipulieren. Dabei zeigte sich, dass die sogenannte Phase-Prezession – eine Vorhersage zukünftiger Positionen – unabhängig von der Übereinstimmung zwischen realer und virtueller Bewegung bestand. Dagegen verschwand die Phase-Progression, die vergangene Orte repliziert, wenn die virtuelle Bewegung nicht mit der tatsächlichen Bewegung übereinstimmte. Dies deutet darauf hin, dass die Rekonstruktion vergangener Orte stark von körperlichen Bewegungsdaten abhängt. Die Ergebnisse stützen eine seit über zwei Jahrzehnten bekannte Theorie, nach der die beiden Halbzyklen des Theta-Rhythmus unterschiedliche Funktionen erfüllen: der frühe Halbzyklus dient der Speicherung aktueller räumlicher Informationen (Encoding), während der späte Halbzyklus die Vorhersage zukünftiger Positionen ermöglicht (Prediction). Dieser Wechsel zwischen Vorhersage und Speicherung erfolgt in einem Zyklus von etwa 125 Millisekunden und wird durch eine Integration von externen und internen räumlichen Signalen gesteuert. Die Forscher hoffen, durch die Aufzeichnung von Aktivitäten in den Vorfeldregionen des Hippocampus – wie dem entorhinalen Kortex – zu verstehen, wie diese Informationen verarbeitet und weitergeleitet werden. Diese Erkenntnisse könnten nicht nur das Verständnis der räumlichen Kognition vertiefen, sondern auch zur Entwicklung intelligenter Roboter und künstlicher Intelligenz beitragen, die effizient navigieren können. Zudem haben die Ergebnisse Bedeutung für die Erforschung neurodegenerativer Erkrankungen wie Alzheimer, bei denen bereits frühzeitig räumliche Orientierungsstörungen und Gedächtnisverlust auftreten. Da der Hippocampus sowohl für räumliches Gedächtnis als auch für die Speicherung alltäglicher Ereignisse zuständig ist, könnte das Verständnis der zugrunde liegenden neuronalen Mechanismen helfen, die frühen Symptome besser zu erklären und möglicherweise zukünftige Therapien zu entwickeln. Industrielle Experten sehen in der Studie einen bedeutenden Fortschritt in der Neurokognitionsforschung. Die Kombination von VR-Technologie und hochpräziser Elektrophysiologie ermöglicht eine bisher unerreichte Kontrolle über räumliche Reize und eröffnet neue Wege, wie das Gehirn komplexe Navigationsszenarien löst. Die Arbeit unterstreicht zudem die Bedeutung interdisziplinärer Zusammenarbeit – hier zwischen Neurowissenschaft und Ingenieurwissenschaft – für die Lösung komplexer biologischer Fragen.