Was Spiegelneuronen für Empathie sind, leisten Ortszellen für unser Orientierungsvermögen: Sie bilden die neuronale Grundlage für die Fähigkeit zur räumlichen Orientierung. Ein Forscherteam der Universität Kalifornien in Los Angeles (UCLA) nutzt VR, um die Funktion der Zellen besser zu verstehen.

An bekannten Orten müssen wir uns nicht ständig neu orientieren: Wir finden ohne Google Maps den Supermarkt um die Ecke. Nachts und in großer Eile erreichen wir das Klo rechtzeitig. Hoffentlich. Diese Fähigkeit verleiht uns unser Orientierungsvermögen. Doch wie funktioniert es?

2014 erhielten Forscher für die Antwort auf diese Frage den Nobelpreis für Medizin oder Physiologie: Sie fanden im Hippocampus und dem entorhinalen Kortex spezialisierte Zellen. Sie sind das Orientierungs- und Navigationssystem im Hirn von Tieren und Menschen.

Bild: © 2014 THE NOBEL COMMITTEE FOR PHYSIOLOGY OR MEDICINE / MATTIAS KARLÉN (AUSSCHNITT)

Bild: © 2014 THE NOBEL COMMITTEE FOR PHYSIOLOGY OR MEDICINE / MATTIAS KARLÉN (AUSSCHNITT)

Störungen dieses Systems sind ein Hinweis auf eine neurologische oder psychologische Erkrankung. Schäden am Hippocampus führen oft zu Depression, Epilepsie und Alzheimer.

Bei Alzheimer tritt eine Verschlechterung des Orientierungsvermögens schon sehr früh auf. Forscher versuchen daher schon länger, Veränderungen frühzeitig zu diagnostizieren – auch mit VR.

Ursachenforschung

Mit einem tieferen Verständnis der Prozesse im Hippocampus könnten solche Krankheiten wahrscheinlich besser diagnostiziert und behandelt werden. Auf der Suche nach einer Erkenntnis nutzen Forscher seit den 1960er Jahren Ratten als Versuchstiere. Sie bekommen Elektroden in das Gehirn implantiert.

Die Nager müssen dann in einer kontrollierten Umgebung Aufgaben lösen, um eine Belohnung zu erhalten. Meistens sollen sie in einem Labyrinth den Weg zu ihrem Futter finden.

Durch eine Veränderung von Faktoren wie Lichtquelle, Umgebungsgeräusch oder Geruch entwickeln die Forscher eine Vorstellung davon, welche Umgebungsvariablen die Orientierung der Ratte beeinflussen.

Ein einfaches Beispiel: Hängt über dem Labyrinth eine Lampe, kann ihre Position verändert werden. Findet eine Ratte im zweiten Durchgang ihr Ziel nicht mehr sofort, scheint sie die Lampe als Orientierungspunkt zu nutzen.

Anhand der Signale der Elektroden beobachten die Forscher dabei, wie die Neuronen mentale Karten des Raumes bilden und die Ratte lernt und sich erinnert.

Ratten im VR-Labyrinth

UCLA Neurophysiker Mayank Mehta und sein Team sehen in Virtual Reality die Möglichkeit, diese Experimente zu verbessern. Laut Mehta erlaubt VR eine größere Kontrolle über die visuellen Eindrücke, die dem Orientierungsvermögen der Ratten zur Verfügung stehen – potenziell können so mehr Erkenntnisse gewonnen werden.

Da es bisher keine große Nachfrage für Nager-VR gibt, mussten Mehta und sein Team die entsprechende Hardware in ihrem Labor selbst bauen – inklusive eines kleinen, kugelförmigen Laufbands.

Anschließend konnte es losgehen: Die Ratten wurden an die virtuelle Realität gewöhnt und suchten im VR-Labyrinth nach Belohnungen. Überraschend gibt es bei ihrer Erfolgsquote keinen Unterschied zu einem echten Labyrinth. Die Forscher gehen daher davon aus, dass Ratten sich im virtuellen Raum ähnlich gut zurechtfinden wie Menschen.

Dieselbe Orientierung bei deutlich geringerer Hirnaktivität

Die neuronale Aktivität ihrer Hippocampi zeigt jedoch eine starke Veränderung: Bis zu 60 Prozent der Hirnaktivität geht in der Virtual Reality verloren. Eine Erklärung für die auffällig anderen Muster könnte die Disharmonie der visuellen Wahrnehmung mit anderen Sinneseindrücken sein.

“Diese Studien zeigen, dass das Gehirn Eingaben von mehreren sensorischen Faktoren benötigt, um eine funktionierende räumliche Karte zu erstellen”, sagte Mehta.

In ihren Studien stießen die Forscher überraschend auf eine weitere Eigenheit der VR-Labyrinthe: Die neuronale Aktivität mit VR weist große Ähnlichkeit zu der von Alzheimerpatienten auf.

Nach Mehta scheint es daher möglich, mit VR die Symptome solcher neurologischen und psychischen Krankheiten im Hippocampus zu reproduzieren. Denn innerhalb der virtuellen Realität kontrollieren die Forscher viel mehr Variablen als in der Realität. Mit VR könnten so neue Erkenntnisse über neurologische oder psychologische Krankheiten und die Wirkung von Medikamenten gewonnen werden.


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