Im menschlichen Gehirn gibt es einen eingebauten „GPS-Navigator“, der die Erinnerungen vergangener Reiseerlebnisse nutzt, um zukünftige Routen zu erstellen. Aber wie funktioniert es, wenn eine Person eine neue Umgebung betritt? Wie kann vorhandenes Wissen erfolgreich verwaltet werden? Was passiert im Gehirn, wenn wir in eine neue Stadt kommen und Satellitennavigationstechnologie verwenden, um an unser Ziel zu gelangen?
Wissenschaftler des University College London untersuchten diese Probleme und kamen zu dem Schluss, dass eine Person, die Satellitennavigation verwendet, um an ihr Ziel zu gelangen, die Teile des Gehirns „trennt“, die für die Selbstkonstruktion von Routen verwendet werden könnten.
In einer früheren Studie führten Wissenschaftler für experimentelle Teilnehmer eine Tour durch die Straßen von Soho in London durch und scannten dann ihr Gehirn mithilfe der funktionellen Magnetresonanztomographie (fMRT) zu einem Zeitpunkt, als die Probanden 10 Videos mit verschiedenen simulierten Routen entlang dieser Straßen untersuchten. Einige Freiwillige mussten an Kreuzungen Entscheidungen treffen, welche kürzeste Route zu einem bestimmten Ziel führen würde, während andere Anweisungen erhielten, wo sie an jeder Kreuzung abbiegen sollten.
So untersuchte das Forscherteam die Aktivitäten im
Hippocampus - dem Bereich des Gehirns, der am Prozess des Auswendiglernen und Navigierens beteiligt ist, sowie in der Großhirnrinde, die für die Planung und Entscheidungsfindung verantwortlich ist. Anscheinend codiert sein Hippocampus während der unabhängigen Suche einer Person nach einer Route zwei verschiedene Umgebungskarten: In einer verfolgt er die Entfernung zum Endziel in einer geraden Linie unter Verwendung der Frontalregion des Hippocampus, in der anderen - der „richtigen“ Route zum Ziel, die durch die Backregion reguliert wird.
Während der Routenplanung fungiert der Hippocampus als flexibles Leitsystem, das entsprechend den sich ändernden Anforderungen zwischen diesen beiden „Karten“ wechselt. Die Aktivität im hinteren Bereich des Hippocampus wirkt als Zielsignal, wenn sich das Ziel nähert.
Im Rahmen ihrer neuen Studie analysierten Wissenschaftler die Position von Straßen in Videos und berechneten verschiedene Muster, beispielsweise wie viele andere Straßen durch Routen verbunden sind und wie nahe sie am Zentrum des Bezirks liegen. Das Forschungsteam untersuchte auch die Ergebnisse der fMRT aus früheren Arbeiten, um die Gehirnaktivität zu verfolgen, die während des Übergangs der Versuchsteilnehmer auf eine neue Straße auftrat.
Karte von London. Blau kennzeichnet einfache Straßen für eine unabhängige Navigation, Rot - Komplex.Wenn sich Freiwillige ohne die Hilfe eines Navigators selbständig bewegten und neue Straßen betraten, die ihnen unbekannt waren, wurden in ihrem Hippocampus und im präfrontalen Kortex Aktivitätsschübe beobachtet. Das Aktivitätsniveau wurde noch höher, als die Anzahl der Optionen, in die Sie gehen konnten, zunahm.
Untersuchungen haben auch gezeigt, dass die Aktivität an der Vorderseite des Hippocampus mit einer Eigenschaft verbunden ist, die als Konzentration bezeichnet wird. Darüber hinaus beobachteten Wissenschaftler Aktivitäten im präfrontalen Kortex der Teilnehmer, als sie gezwungen waren, einen Umweg zu machen und ihre Route neu aufzubauen. Aber als die Probanden den Anweisungen des Navigators folgten, schien sich die Aktivität in diesen Bereichen „auszuschalten“.
„Wenn Sie Schwierigkeiten haben, die richtigen Straßen in der Stadt zu finden, brauchen Sie wahrscheinlich zu viel vom Hippocampus und vom präfrontalen Kortex. Unsere Ergebnisse stimmen mit Modellen überein, bei denen der Hippocampus mögliche Pfade imitiert, während der präfrontale Kortex uns bei der Planung hilft, welche uns zu unserem Ziel führen. Wenn wir Technologien haben, die uns sagen, welchen Weg wir einschlagen sollen, reagieren diese Teile des Gehirns einfach nicht auf die Straßennetze, die vor uns liegen. In diesem Sinne schaltet sich das Gehirn einfach ab und ist nicht „interessiert“ an dem, was um uns herum geschieht “, sagt Hugo Spiers, Hauptautor der Studie.
Frühe Studien haben gezeigt, dass der Hippocampus der Londoner Taxifahrer stärker entwickelt ist als der Durchschnitt, da sie lernen, sich an alle Straßen und Sehenswürdigkeiten im Zentrum Londons zu erinnern. Jüngsten Experimenten zufolge ist der Hippocampus von Fahrern, die den Ratschlägen der Seefahrer folgen, nicht in den Prozess des Routenbaus involviert, wodurch das Studium des städtischen Straßennetzes eingeschränkt wird.
Das Forschungsteam analysierte auch die Straßennetze von Großstädten auf der ganzen Welt, um ein Bild davon zu erhalten, wie einfach die Navigation ist. Mit seinem komplexen Netz kleiner Straßen ist London besonders mit dem Hippocampus der Einwohner und Besucher der Hauptstadt Großbritanniens beschäftigt. Auf Manhattan Island in New York ist viel weniger mentaler Navigationsaufwand erforderlich - in den meisten Fällen können Sie nur geradeaus, links oder rechts fahren.
Die nächste Phase der Studie wird die Zusammenarbeit mit Smart-Tech-Unternehmen, Entwicklern und Architekten sein, die bei der Entwicklung eines Raums helfen wird, in dem die Menschen leichter navigieren können. Neue Daten ermöglichen es ihnen, das Layout einer Stadt oder eines Gebäudes zu untersuchen und vorzuschlagen, wie Gehirnspeichersysteme darauf reagieren werden. Zum Beispiel könnten Forscher die Anordnung von Häusern und Krankenhäusern aus einem neuen Blickwinkel betrachten, um schwierige Orte für Menschen mit Demenz zu identifizieren, die sie wahrnehmen können, und um ihnen die Navigation zu erleichtern. Darüber hinaus können sie bei der Planung neuer Gebäude helfen, die von Anfang an für Menschen konzipiert sind, die an dieser Krankheit leiden.
Es ist wichtig zu verstehen, wie sich die städtische Umgebung auf das menschliche Gehirn auswirkt. Das Forschungsteam untersucht derzeit, wie sich körperliche und kognitive Aktivität auf die Gehirnfunktion auswirkt. Vielleicht finden Navigatoren ihre Anwendung in dieser Arbeit.
Die Beziehung zwischen städtischen Mustern und menschlichem Verhalten wurde bereits in den 1980er Jahren identifiziert. Dies ist jedoch die erste Studie, die die Auswirkungen dieser Struktur auf das Gehirn aufzeigt.
Die wissenschaftliche Arbeit wurde am 21. März 2017 in der Zeitschrift Nature Communications veröffentlicht.
DOI:
10.1038 / ncomms14652