In einer Jedi-ähnlichen Leistung können Ratten mithilfe ihres Gehirns ein digitales Objekt bewegen.

Wie winzige, behaarte Yodas, die X-Flügel aus einem Sumpf heben, können Ratten digitale Würfel aufheben und in der Nähe eines Ziels ablegen. Aber diese Ratten nutzen nicht die Macht. Stattdessen nutzen sie ihre Vorstellungskraft.

Dieser telekinetische Trick, der in der Ausgabe vom 3. November in Science beschrieben wird, gibt Hinweise darauf, wie Gehirne sich neue Szenarien vorstellen und sich an vergangene erinnern.

"Dies ist fantastische Forschung", sagt Mayank Mehta, ein Neurophysiker an der UCLA. "Es eröffnet viele aufregende Möglichkeiten." Eine tiefere wissenschaftliche Erkenntnis über den Hirnbereich, der an dieser Leistung beteiligt ist, könnte beispielsweise dazu beitragen, Gedächtnisstörungen zu diagnostizieren und zu behandeln, sagt er.

Der Neurowissenschaftler Albert Lee und seine Kollegen untersuchen, wie Gehirne durch Erinnerungen in die Vergangenheit zurückkehren und vorausschauend zukünftige Szenarien vorstellen können. Diese Prozesse, manchmal als "mentales Zeitreisen" bezeichnet, sind "ein Teil dessen, was unser inneres mentales Leben reich und interessant macht", sagt Lee, der die neue Studie am Janelia Research Campus des Howard Hughes Medical Institute in Ashburn, Virginia, durchgeführt hat.

Um diese komplexen Fragen anzugehen, begannen die Forscher mit einer einfacheren Frage: "Kannst du an einem Ort sein und an einen anderen Ort denken?", sagt Lee, der jetzt als HHMI-Forscher am Beth Israel Deaconess Medical Center in Boston tätig ist. "Die Ratte tut nichts Außergewöhnliches. Wir bitten sie nicht, sich an ihren Sommerurlaub zu erinnern."

Der Neurowissenschaftler und Ingenieur Chongxi Lai, der jetzt ebenfalls am Beth Israel Deaconess tätig ist, Lee und seine Kollegen trainierten Ratten, sich auf einem sphärischen Laufband inmitten einer in einem umgebenden Bildschirm projizierten virtuellen 3D-Welt zu bewegen. Während die Ratten ihre virtuelle Welt erforschten, zeichneten Elektroden Signale von Nervenzellen in ihren Hippocampi auf, Hirnstrukturen, die komplexe räumliche Informationen speichern, unter anderem (SN: 10/6/14). Auf diese Weise verglichen die Forscher Muster der Hirnaktivität mit Orten in der virtuellen Welt.

Als nächstes wollten die Forscher wissen, ob die Ratten sich ihren Weg durch die Welt vorstellen konnten. Den Tieren wurde beigebracht, einen virtuellen Würfel mithilfe von Hirnaktivitätsmustern im Hippocampus zu bewegen, um ihn an einer geschwungenen Säule zu platzieren. Wenn die Ratten den Würfel korrekt bewegten, erhielten sie eine Wasserbelohnung. In diesem Experiment wurde die virtuelle Realitätswelt von den Gehirnen der Ratten gesteuert; die körperlichen Bewegungen der Ratten auf dem Laufband spielten keine Rolle mehr.

Nach einigem Training beherrschten die pelzigen Lehrlinge die Aufgabe, wie ihre Hirnaktivität zeigte. Indem sie das richtige Muster von Zellen in ihren Hippocampi aktivierten, konnten die Ratten den Würfel mehrere Sekunden lang in der Nähe der geschwungenen Säule halten. In einer anderen Aufgabe teleportierten sich die Ratten geistig durch die virtuelle Welt, um die geschwungene Säule zu erreichen.

Die Ergebnisse sind "ein starker Beweis dafür, dass Ratten Vorstellungskraft nutzen können, um neuartige, künstliche Aufgaben auszuführen", sagt der Neurowissenschaftler Daoyun Ji vom Baylor College of Medicine in Houston, der nicht an der neuen Studie beteiligt war. Und es sind nicht nur Ratten. "Es ist wahrscheinlich, dass auch wir Menschen uns vorstellen, indem wir hippocampale Erinnerungen aktivieren", sagt er.

Der Hippocampus, eine seepferdchenförmige Struktur tief im Gehirn auf jeder Seite, ist sehr komplex und immer noch ziemlich mysteriös, sagt Mehta. Seine Arbeit und die anderer haben gezeigt, dass Zellen dort von allerlei Dingen beeinflusst werden, jenseits abstrakter räumlicher Positionen. "Es gibt definitiv viel zu bedenken", sagt Mehta. Elektroden, die in verschiedenen Teilen des menschlichen Gehirns implantiert sind, haben es beispielsweise ermöglicht, Computer und Roboterarme zu steuern (SN: 11/21/18). Geräte, die neuronale Signale aus dem Hippocampus einbeziehen, könnten eines Tages anspruchsvollere Aufgaben ermöglichen, sagt Lee. Im Vergleich zu Ratten könnten Menschen wahrscheinlich ihren Hippocampus über längere Zeiträume und mit einem größeren Repertoire kontrollieren, und die im Gehirn codierten Konzepte seien wahrscheinlich viel komplexer.

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