Raumorientierung bei Menschen und Tieren

Inhaltsverzeichnis

0 Vorwort

1 Einleitung

2 Raumorientierung des Menschen
2.1 Unterschied zwischen Frauen und Männern
2.2 Kultureller Einfluss auf Raumorientierung

3 Raumorientierung auf neuronaler Ebene
3.1 Verschiedene Zellen zur Raumorientierung
3.2 Darstellung eines Experiments zur Erforschung von Ortszellen im Hippocampus

4 Raumorientierung der Tiere

5 Experiment
5.1 Aufbau und Ablauf des Experiments
5.2 Auswertung des Experiments
5.3 Diskussion
5.3.1. Ergebnisse
5.3.2 Fehlerdiskussion

6 Fazit

7 Nachwort

9 Quellenverzeichnis

0 Vorwort

Das Thema Raumorientierung schien mir ein passendes Thema, welches ich mit meiner Jahresarbeit über das menschliche Dasein in Relation zur Unendlichkeit vereinbaren und verbinden konnte. Zunächst finde ich das Thema Raumorientierung sehr interessant und spannend, da es sehr aktuell und realitätsnah ist, sowie in fast jeder Lebenssituation wiedergefunden werden kann. Die Verbindung zu meiner Jahresarbeit besteht darin, dass sich die Raumorientierung nicht nur auf den irdischen Raum bezieht, sondern auch auf das Übermenschliche. In meiner Jahresarbeit beschäftigte ich mich damit, wie klein und unscheinbar der Mensch gegenüber dem Universum und gleichzeitig der Unendlichkeit ist. Dies lässt sich mit der Frage erweitern, wieso der Mensch überhaupt in der Lage ist, sich Übernatürliches vorzustellen, im Sinne beispielsweise eines unendlichen Universums. Dabei muss erwähnt werden, dass der Mensch nicht wirklich fähig ist, sich Unendliches vorzustellen, weil an einem bestimmten Punkt Schluss ist. Genau dieser Punkt ist so interessant. -Wieso können wir darüber nachdenken und uns trotzdem nicht wirklich vorstellen, wie die Unendlichkeit aussehen mag?-. Ein logischer Grund ist, dass sich der Mensch eben tagtäglich auf der Erde aufhält und nicht in der Unendlichkeit, aus diesem Grund ist der Mensch auch nicht in der Lage sich darüber wirkliche tiefgründige Gedanken zu machen. Raumorientierung verbessert sich durch Übung und ob sich jemand besser oder schlechter orientieren kann, liegt nicht an der genetischen Veranlagung. Doch trotzdem stellt sich mir die Frage, warum die Unendlichkeit so unerreichbar in der Vorstellung bleibt, denn theoretisch kann sich doch einfach vorgestellt werden, dass die Unendlichkeit wie ein langer Gang ist, der niemals endet. Allerdings ist das nicht so leicht, denn wenn dies so wäre, müssten auch unendlich viele Exemplare meiner Selbst existieren und auch unendlich viele Gänge….

1 Einleitung

Wie orientieren wir Menschen uns im Raum? Und wie navigieren sich Tiere durch den Raum?

Das Ziel meiner Facharbeit ist es, Raumorientierung genauer zu untersuchen und zu verstehen. Dafür habe ich neben den Recherchen ein Experiment ausgearbeitet, durchgeführt und statistisch ausgewertet, um einen praktischen Bezug herzustellen.

Es gibt viele verschiedene Arten sich im Raum zu orientieren. Die meist genutzte Art ist die Orientierung mit Hilfe der Sinnesorgane, die die Menschen und die Tiere teilweise nutzen. Darüber hinaus besitzen verschiedene Tiere auch besondere Fähigkeiten, wie den Magnetsinn oder die Echoortung zur Orientierung.

Wie gut wir Menschen uns im Raum orientieren können, hängt nicht etwa von unserer DNA ab, sondern vielmehr von der Prägung bestimmter Verhaltensweisen durch soziale, kulturelle und natürliche Einflüsse. Dabei gibt es verschiedene Systeme, mit denen sich im Raum orientiert werden kann.

Bei den Menschen gibt es Unterschiede zwischen Männern und Frauen, da die Männer von Natur aus in Relation zum Körper ein größeres Gehirn besitzen als die Frauen. Zudem kommt, dass Männer und Frauen oft unterschiedliche neuronale Verknüpfungen haben. Aus diesem Grund haben die unterschiedlichen Geschlechter auch verschiedene Kompetenzen in der Raumorientierung. Während sich Frauen eher an Landmarken orientieren, nutzen Männer Landmarken und zusätzlich die Himmelsrichtungen und Entfernungen, um sich zu orientieren. Einen weiteren Einfluss auf die Raumorientierung hat der Testosteronspiegel. Wenn dieser höher als das normale Niveau liegt, lösen Frauen Fragen zum räumlichen Vorstellungsvermögen besser, als mit einem niedrigen Testosteronspiegel. Bei Männern ist dies genau andersherum, hier korreliert ein niedriger Testosteronspiegel mit einer besseren Leistung. Wie genau die Raumorientierung funktioniert lässt sich auf neuronaler Ebene erklären. Die Hirnregionen, die für die Raumorientierung zuständig sind, sind der Hippocampus, die Fornix und der retrospleniale Cortex .

Vor allem im Hippocampus und in den anliegenden Strukturen wurden verschiedene Zelltypen zur Orientierung entdeckt. Der wichtigste Zelltyp ist die Ortszelle. Diese feuert immer dann, wenn sich, zum Beispiel eine Ratte, an einem bestimmten Ort des Raumes befindet. Dadurch kann abgeleitet werden, wo sich die Ratte gerade befindet. Zudem existieren weitere Zelltypen, die beispielsweise die Warnung vor Hindernissen signalisieren, oder die identifizieren, in welche Richtung die Ratte ihren Kopf als nächstes halten wird.

Um diese Prozesse auf der Verhaltensebene zu untersuchen, versuchte ich selbst die Fähigkeit der Raumorientierung bei Menschen zu testen, indem ich sie durch ein virtuelles Labyrinth laufen ließ und dann den Unterschied untersuchte, ob Menschen, die sich in einem virtuellen Raum orientieren, eine bessere Raumorientierung haben, als Personen die anderen Menschen dabei zusehen, wie sie sich in einem virtuellen Raum orientieren. Zusätzlich testete ich den Unterschied zwischen weiblichen und männlichen Teilnehmern.

2 Raumorientierung des Menschen

Die Raumorientierung wird als Fähigkeit gesehen, sich selbst, also die Position des eigenen Körpers, im Bezug zur Umwelt zu bestimmen und eigenständig eine bestimmte Lage im Raum einzunehmen und diese auch wieder zu verändern. ¹ Zudem wird zwischen Richtungsorientierung und Entfernungsorientierung entschieden. Dabei werden für die Orientierung im Nahfeldbereich biotische und abiotische Umweltfaktoren sensorisch erfasst. Zusätzlich gibt es noch Mechanismen im Körper, wie den Gleichgewichtssinn, oder das räumliche Lernen, die für die Orientierung über größere Entfernungen zuständig sind.

Orientierung mit dem Sinnen

Um sich überhaupt im Raum orientieren zu können, nutzt der Mensch seine Sinne. Dabei verfügen wir über den Sehsinn, Riechsinn, Tastsinn und Hörsinn. Außerdem hat der Mensch einen Sinn für das Körpergleichgewicht und somit auch für Gravitations- und Beschleunigungskraft. Mithilfe der Sinnesorgane kann der Mensch Reize aufnehmen, die ihm als Informationen dienen. Vor allem das Zusammenspiel aller Sinne ermöglicht uns den Raum vollständig zu erfassen und abzuschätzen.

Zur Raumorientierung ist jeder Mensch erst mal gleich fähig, Unterschiede entstehen durch die Prägungen bestimmter Verhaltensmuster abhängig vom sozialen, kulturellen und natürlichen Umfeld.

Das Sehen wird für die Raumorientierung als wichtigster Sinn empfunden, jedoch ist das Auge nicht das einzige Sinnesorgan für Raumorientierung, da auch blinde Menschen in der Lage sind, sich zu orientieren. ² 90 Prozent der Informationen erhält das Gehirn über visuelle Systeme. Wenn jedoch das Sehvermögen eingeschränkt ist, stehen die anderen Sinne im Vordergrund. Bei Blinden sind vor allem die taktilen und akustischen Reize stärker ausgeprägt. Bei Menschen, die von Geburt an, oder seit der Kindheit blind sind, sind diese Systeme besser ausgeprägt, als bei Menschen, die sehen können. Erkrankungen wie Demenz, Hirntumor oder Schädelhirntrauma nach Unfällen können die verschiedenen Sinnesorgane einschränken, wodurch auch die Fähigkeit der Raumorientierung nachlässt.

Jedoch lässt sich nicht immer auf die Sinne vertrauen, wie Forscher vom Max-Planck-Institut für biologische Kybernetik in Tübingen durch Experimente herausgefunden haben. Dabei wurde erkannt, dass Menschen ohne optische oder akustische Orientierungshilfe im Kreis laufen, auch wenn sie versuchen die Richtung zu halten. Der Grund dafür sei nicht die Dominanz eines Beines oder Unterschiede zwischen rechter und linker Hirnhälfte. Die Kreisform ergibt sich automatisch aus den zufälligen Abweichungen von den angepeilten Linien. Das Experiment wurde mit mehreren Personen in der tunesischen Sahara und in einem Wald im Rheintal durchgeführt, tagsüber und nachts. Die Personen hatten keine verbundenen Augen, jedoch konnte sie den Mond und die Sonne nicht immer sehen. Das Ergebnis war bei allem Gruppen gleich, die Teilnehmer konnten keine eingeschlagene Richtung einhalten, sie liefen im Kreis, teilweise mehrmals an derselben Stelle vorbei. Bei den Probanden, welche Sonne oder Mond als Orientierung nutzen, unterschieden sich die eingeschlagenen Laufrichtungen radikal. Diese konnten zwar keine komplette gerade Linie einhalten, allerdings verfehlten sie ihr Ziel nur knapp. Bei Teilnehmer die die Augen verbunden hatten und dann auf einem freien Feld gehen sollten, zeigte sich, dass diese es höchstens 20 Meter weit schafften eine gerade Strecke zu gehen. Sie liefen immer wieder im Kreis, welcher zum Teil sogar nur 20 Meter Durchmesser hatte. Begründet ist dieses Verhalten durch die aufsummierten fehlerhaften Informationen der Sinnesorgane.

Das Fazit ist, dass den Sinnesorganen nicht immer zu trauen ist, vor allem, wenn äußere Orientierungshilfen, wie Berge, Sonne oder Gebäude fehlen. ³

Der Gleichgewichtssinn, der auch Vestibularapparat genannt wird, ist sehr wichtig für die Orientierung im Raum, weil das Halten der Balance für das Wissen benötigt wird, wo oben, unten, rechts, links, vorne und hinten ist. Dieser Apparat ist zudem für die Aufrechterhaltung des Körpers und die Raumorientierung verantwortlich. Dabei haben die Vorhofsäckchen und Bogengänge des Innenohrs eine wichtige Funktion bei der Raum-Lage-Orientierung. ⁴

2.1 Unterschied zwischen Frauen und Männern

Frauen und Männer ticken unterschiedlich, das ist vor allem genetisch bedingt. Bei Männern und Frauen sind nämlich unterschiedliche Hirnregionen aktiv, unter anderem Teile des Scheitellappens und des rechten Hippocampus. Dadurch können Männer, dank ihrer Hirnstruktur, ihre Wahrnehmung besser in koordinierte Handlungen umsetzten und Frauen besser analytische und intuitive Informationen miteinander verbinden.⁵

Zudem haben Männer eine größere Schädel auf Grund der Körperproportion und prozentual mehr weiße Substanz, wohingegen bei Frauen prozentual mehr graue Substanz vorhanden ist.⁶ Mithilfe eines Experiments wird mit dem Verfahren der Diffusions-Tensor-Bildgebung die Bewegung der Wassermoleküle beobachtet, wodurch Rückschlüsse auf den Verlauf der Neuronen bei Frauen und Männern gemacht werden kann. Die Versuche wurden mit verschiedenen Altersgruppen durchgeführt. Die Ergebnisse zeigen, dass die Nervenzellen von Frauen und Männer unterschiedlich verknüpft sind. Somit haben Männer mehr lokale Verbindungen mit kurzer Reichweite. Zusätzlich zeigen die Männer eine stärkere fraktionale Anisotropie auf, diese zeigt an, wie stark sich die Diffusion in verschiedene Richtungen unterscheidet, dabei zeigt eine höhere fraktionale Anisotropie, dass mehr weiße Substanz vorhanden ist, was die vorherige Aussage bestätigt. Jedoch gibt es bei dem männlichen Geschlecht eine geringere Diffusion in der weißen Substanz als bei den Frauen. Bei letzteren ist eine höhere fraktionale Anisotropie im corpus callosum zu erkennen, das ist der Teil des Gehirns, welcher die linke und die rechte Gehirnhälfte miteinander verbindet und somit die interhemisphärische Kommunikation ermöglicht. Aus diesem Grund sind Frauen im Vorteil, wenn es um die Verknüpfung innerhalb der Gehirnhälften geht. Hinzu kommt, dass bei Männern weniger axiale und radiale Diffusität nachgewiesen wurde. Das zeigt, dass eher wenige unversehrte Axone vorhanden sind und eine höhere Anzahl an demyelinisierten Axonen besteht.⁷

Auch bei Nagetieren hat das kognitive Verhalten eine hormonelle Grundlage. Bei einem Experiment wurden Nagetiere untersucht, die ohne Gonaden aufwuchsen und während der Entwicklung männliche oder weibliche Sexualhormone kontrolliert hinzugefügt bekamen. Die Ergebnisse zeigten, dass sich männliche und weibliche Tiere in der Art abstrakten Aufgaben zu bewältigen, unterscheiden.

Dabei beginnt schon in der vorgeburtlichen Entwicklung die hormonabhängige Differenzierung. Bei dem männlichen Geschlecht beginnt die Produktion von Androgenen mit der Bildung der Keimdrüsen. Die männlichen Hormone bewirken zusätzlich Veränderungen im Gehirn, während der Entwicklung. Auch Frauen besitzen Testosteron, welches eine Vorstufe von Östrogen ist und in dieses umgewandelt wird. Daher haben Frauen einen niedrigeren Testosteronspiegel als Männer. Aufgrund des unterschiedlichen Hormonspiegels und dessen Konsequenz für die Gehirnentwicklung sind Frauen im Durchschnitt besser bei optischen Wahrnehmungen, beim Erinnerungsvermögen, Entscheidungsschnelligkeit, sowie bei der flüssigen Beherrschung einer Sprache und haben einen größeren sprachlichen Einfallsreichtum. Zudem haben Frauen eine feinere Motorik in den Händen. Männer haben hingegen im Durchschnitt Vorteile beim Abstraktionsvermögen, bei mathematischen Schlussfolgerungen und beim räumlichen Vorstellungsvermögen, die letzteren Beiden sind jedoch vom Testosterongehalt abhängig. Auf Grund dessen lösen Frauen Fragen zum räumlichen Vorstellungsvermögen besser mit einem hohen Testosteronspiel, als mit einem niedrigen Testosteronspiegel.

Bei den Personen männlichen Geschlechts ist dies genau andersherum, ein niedriger Testosteronspiegle korreliert mit besseren Leistungen. Zum Beispiel schnitten Männer mit niedrigem Testosterongehalt bei Tests zum mathematischen Schlussfolgern am besten ab. Die Schlussfolgerung aus diesem Experiment war, dass der optimale Testosteronspiegel für die genannten kognitiven Fähigkeiten bei einem Prozentsatz liegt, der höher als der normale weibliche und geringer als der normale männliche ist.⁸ Auf Grund des Testosterons ist die Fähigkeit Karten gut lesen zu können und geometrische Figuren im Kopf rotieren zu lassen bei Männern mehr ausgeprägt, als bei Frauen. Allerdings sind Frauen deutlich besser bei der räumlichen Orientierung, wenn sie ihre Periode haben, da während dieser Zeit der Testosteronspiegel am höchsten ist. Dies bestätigte auch eine Untersuchung von Frauen nach den Wechseljahren, denn bei ihnen ist der Spiegel der weiblichen Hormone dauerhaft niedrig, sodass mehr Testosteron vorhanden ist. Dies lässt sich damit erklären, dass sich der Informationsfluss zwischen den beiden Gehirnhälften reduziert, sobald weniger weibliche Hormone vorhanden sind, demnach können auch weniger Informationen bezüglich der Raumorientierung übertragen werden, wodurch sie die Raumorientierung verschlechtert.⁹

Eine andere Studie, bei der die Fähigkeit der Raumorientierung bei Ratten während des Östruszyklus untersucht wurde, bestätigt diese Annahme ebenfalls. Bei dieser Studie wurde eine Hypothese vorgestellt, und zwar die „fertility and parental“-Hypothese. Diese Hypothese, welche übersetzt so viel wie Fruchtbarkeits- und Elternhypothese heißt, besagt, dass weibliche Tiere in der Pre-Östrusphase, bei welcher der Östrogenspiegel am höchsten ist, in der Mobilität eingeschränkt sind, weil sie zu dieser Zeit eine eher schlechte Raumorientierung haben. Dies hat den Grund, das Risiko von Unfällen der Nachkommen zu senken und damit das weibliche Geschlecht zu dieser Zeit keinem anderen Partner begegnet, da das weibliche Tier zu dieser Zeit am fruchtbarsten ist.

Dabei haben die Geschlechtshormone eine große Auswirkung auf den Hippocampus und das bereits während eines Zyklus. Es zeigt sich beispielsweise, dass die Anzahl der Synapsen und der Dornvorsätze, sowie die Anzahl der Dendriten in der CA1-Region des Hippocampus um 30 Prozent steigen, während der Proöstrus- und Östrusphase bei Ratten. Dies zeigt jedoch auch einen Widerspruch zu fertility and parental-Hypothese, da die Langzeitpotenzierung am besten in der Proöstrogenphase funktioniert, dadurch können weibliche Ratten in dieser Phase am besten räumlich lernen, bzw. generell besser lernen. Bei dem Experiment wurde untersucht, wie die Fähigkeit der Raumorientierung bei weiblichen Ratten während des Östruszyklus sich verändert. Die Versuche wurden mit dem so genannten Morris water maze test durchgeführt. Dabei schwimmt die Ratte in einem großen Wasserbecken, in dem eine kleine Plattform kurz unterhalb der Wasseroberfläche befestigt ist. Da die Ratten diese nicht sehen können, müssen sie versuchen sich in dem Becken zu orientieren, um die Plattform zu erreichen. Dieses Experiment wurde mehrere Male durchgeführt, wobei sich zeigte, dass weibliche Ratten immer länger brauchten, um die Plattform zu erreichen, als die männlichen Ratten. Jedoch zeigte sich eine deutliche Verbesserung bei den weiblichen Ratten, als diese in der Proöstrusphase waren, in Gegensatz zu den anderen Tagen.

Es zeigte sich zudem, dass die Ratten während des Östrus am meisten Zeit benötigten, um zur Plattform zu erlangen und in der Proöstrusphase am schnellsten die Plattform erreichten. Dies stärkt die eben vorgeschlagene Hypothese, da der Östrogenspiegel während des Östrus am höchsten ist und während des Proöstruses eher niedriger. Somit wird deutlich, dass die Raumorientierung von den Geschlechtshormonen abhängig ist und dass die Orientierung besser wird, sobald wenig Östrogen produziert wird.¹⁰

Frauen und Männer nutzen unterschiedliche Strategien, um sich im Raum zu orientieren, wobei sich Männer eher auf die Himmelsrichtungen und Entfernungen konzentrieren, helfen bei Frauen bestimmte Landmarken, also markante Punkte in einer Landschaft oder in einer Stadt, sich zu orientieren.¹¹ Der Unterschied entsteht dadurch, dass sich das weibliche Geschlecht eher Wegmarker merkt, Männer hingegen können visuelle wie auch räumliche Zusammenhänge abspeichern, ohne dabei eine Strategie zu bevorzugen. Die räumliche Orientierung ist bei Frauen deutlich schlechter ausgeprägt, als bei Männern, hingegen ist die optische Orientierung beim weiblichen Geschlecht fast genau so gut ausgeprägt wie beim männlichen Geschlecht. Das erklärt, weshalb sich Frauen in geschlossenen Räumen besser orientieren können, als Männer. Während Frauen sich hier ausschließlich auf die wichtigsten optischen Informationen konzentrieren, fokussieren sich Männer auf die wesentlichen, als auch auf die unwesentlichen Informationen.¹²

Dass das räumliche Vorstellungsvermögen bei Frauen schlechter ausgeprägt ist, als bei Männern lässt sich mit der Jäger-Sammler-Hypothese begründen. Da sich die Männer vor vielen Jahrtausenden viele Kilometer von ihrer Hütte entfernten, um auf Jagd zu gehen, war die Raumorientierung überlebenswichtig. Dadurch haben sich die Orientierungsfähigkeiten des männlichen Geschlechts verbessert, sowie das räumliche Denken. Frauen blieben zu dieser Zeit eher bei der Familie und entfernten sich nur wenige Kilometer vom Zuhause, um Beeren zu sammeln. Der Geschlechtsunterschied ist jedoch sehr leicht weg zu trainieren. Es zeigte sich beispielsweise, dass Frauen, die schon im frühen Alter räumliche Herausforderungen meisterten, später einen kleinen bis gar keinen Nachteil gegenüber Männern haben. Der Unterschied im räumlichen Denken und Orientieren zwischen den beiden Geschlechtern ist also keines Wegs bestimmt.¹³ Dies wird bei einer Studie mit Inuit bestätigt. Bei dem Naturvolk gibt es keine geschlechtsspezifischen Unterschiede, was die Raumorientierung betrifft. Das liegt daran, dass auch Frauen auf die Jagd gehen und somit über räumliche Kompetenzen verfügen müssen, um sich in der Arktis zu orientieren.¹⁴

Auch im Supermarkt sind Frauen den Männern mit der Orientierungsfähigkeit überlegen, wie Forscher der Yale-Universität und der Universität in Kalifornien zeigten. Bei einem Experiment wurden 41 Frauen und 45 Männer auf einen ihnen fremden Markt mit über 90 Ständen geschickt. Anschließend mussten die Teilnehmer von der Mitte des Marktes, mit Hilfe eines Kompasses, die Position bestimmter Lebensmittelstände bestimmen, die sie vorher besucht hatten. Das Ergebnis zeigte, dass sich Frauen 27 Prozent besser als Männer in einer durch Lebensmittel geprägten Umgebung orientieren konnten. Dies lässt sich mit der eben vorgenannten Jäger-Sammler-Hypothese vereinbarem, da die Frauen früher für die Suche von Nahrung zuständig waren und dafür nur wenige Kilometer zurücklegten. Männer hingegen gingen oft tagelang jagen und orientierten sich auf dem Heimweg nicht nur an Himmelsrichtungen, sondern auch an markanten Landmarken. Während die Orientierung bei Männern auf einem höheren Niveau liegt, verbessert sich die Orientierungsfähigkeit bei Frauen deutlich, so bald sie durch Aussicht auf erfolgreichen Nahrungsfund stimuliert wird. Vor allem kalorienreiche Lebensmittel seien wichtig, denn die Studie zeigte auch, dass sich das Erinnerungsvermögen der Probanden an „Honig- oder Avocado-Ständen bis zu viermal höher war“.¹⁵

Ein weiteres Experiment zeigt, dass sich Männer weitestgehend besser im Freien orientieren können als das andere Geschlecht. Bei diesem Experiment wurden 40 Probanden 1,5 Kilometer lang quer durch einen Wald geführt, wobei sie an mehreren über die Strecke verteilten Punkten zeigen sollten, aus welcher Richtung sie gestartet sind. Dabei verfehlten die Frauen den Startpunkt stärker als die Männer. Bei den zusätzlichen Wegbeschreibungen der Teilnehmer ließ sich bestätigen, dass die Frauen sich eher an Bächen und Brücken, also Landmarken orientierten und die Männer dazu tendierten, den Weg mit Hilfe der Himmelsrichtungen und Meterangaben zu beschreiben. Auch hier lässt sich das Ergebnis auf die frühere Rollenverteilung zurückführen. Männer mussten beim Jagen vor Raubtieren fliehen und daher die Fähigkeit besitzen, Distanzen einzuschätzen. Die Frauen blieben Zuhause und machten sich auf die Suche nach Essbarem, wodurch ihnen mehr Details im Gedächtnis blieben.¹⁶

Männer können sich also besser in großen, weitläufigen Gebieten orientieren, Frauen haben hingegen eine detaillierte Sicht auf die Umgebung. Die beiden Geschlechter ergänzen sich also perfekt.

2.2 Kultureller Einfluss auf Raumorientierung

Die Art sich im Raum zu orientieren ist nicht angeboren, hingegen gibt es verschiedene Strategien und Systeme sich im Raum zu orientieren.

Menschen werden in ein bestimmtes Volk hinein geboren und erlernen somit auch deren Strategien zur Raumorientierung, die dann wiederum verinnerlicht und zur Gewohnheit werden. Sich im späteren Alter noch eine andere Strategie der Orientierung anzueignen, stellt sich als deutlich mühsam heraus. Beispielsweise lernen die Menschen einiger Völker sich egozentrisch zu orientieren, demnach werden die Wörter „links“ und „rechts“ zur Orientierung genutzt, da der Mensch seine eigene Körpersymmetrie in den Raum projizieren können. Andere Völker lernen von Geburt an sich im absoluten Bezugsrahmen zu orientieren, folglich nutzen sie die Himmelsrichtungen, um sich im Raum zurechtzufinden. Hinzu kommt die intrinsische Orientierung, bei welcher sich im Bezug auf die Eigenschaft eines anderen Objektes die Position des Menschen festgelegt wird. Dabei tritt diese Form der Orientierung nur in Kombination mit der deiktischen, also egozentrischen Orientierung auf. Zudem kombinieren manche Völker die verschiedenen Systeme der Orientierung.

Das System der Raumorientierung entspricht zugleich dem System der Sprache, dadurch treten in anderen Sprachen Bezeichnungen des absoluten Bezugsrahmens auf wie „westwärts“ oder „bergauf“ wie „flussabwärts“. Dies kann auch im mikrotopischen Bezug auf Gegenstände oder die Lage der eigenen Körperteile sein wie beispielsweise: „look at your southern leg“. ¹⁷

Raumorientierung bei verschiedenen Völkern sei hier erläutert am Beispiel der Inuit. Diese orientieren sich an Ortsnamen, welche gleichzeitig eine bestimmte, bildliche Bedeutung haben. ¹⁸ Darüber hinaus können die Inuit über den Zeitraum von einem Jahr weiträumige Wanderbewegungen vollziehen, welche bis zu 500 km Ausdehnung aufweisen, deshalb benötigen sie ein ausgeprägtes geographisches Wissen.

Ein weiteres Volk, die Hai//om, welche in Namibia leben und zu der Gesellschaft der Buschleute gehören, orientieren sich ebenfalls interessant. Sie leben als Jäger und Sammler und haben eine große Mobilität im Raum. Hinzu kommt, dass sie sagenhafte Orientierungsfähigkeiten und Fachkenntnisse aufweisen. Dabei sind die Hai//om angeblich in der Lage Orte zu lokalisieren, an denen sie noch nie zuvor waren. Untersuchungen bestätigen diesen Sachverhalt und dass Frauen und Männer über dieselben räumlichen Kompetenzen verfügen, unabhängig von den Arbeitsaufteilungen. Darüber hinaus orientieren sich diese Menschen nicht an der Sonne, sondern sie verwenden ihren Standort bei Routenbeschreibungen in Gesten als Indikator für die Geschwindigkeit. Dabei orientieren sie sich vielmehr an nicht konstanten Bezeichnungen einzelner Regionen. ¹⁹

3 Raumorientierung auf neuronaler Ebene

Erkenntnisse zur Rolle des Hippocampus und angrenzende Hirnstrukturen für die Raumorientierung

Im Jahr 1706 wurde der Hippocampus nach dem Seepferdchen (lat. Hippocampus) benannt. Der Hippocampus ist eine der zentralen Strukturen des limbischen Systems und dient als Schaltzelle zwischen dem Kurz- und Langzeitgedächtnis. Durch Verbindungen zu anderen Hirnregionen können Signale emotional bewertet werden. Wer keinen Hippocampus hat, kann sich nichts Neues merken. Im Gehirn sind zwei Hippocampi vorhanden, die zum Vorschein kommen, sobald man das Großhirn horizontal, ungefähr auf Augenhöhe schneidet und den „Deckel“ abhebt. Die Hippocampi sehen aus, wie ein wurmartiges Gebilde, welches beiderseits am Boden der Seitenventrikel des Temporallappens liegen. Der Fuß des Seepferdchens wird auch als Pes hippocampi bezeichnet. Der Hippocampus geht zum Haupthirn in den Fornix über.²⁰ Der Fornix ist eine Nervenbahn, aus ca. 12 Millionen Fasern, welche dem Hippocampus und Subiculum mit dem Septum und dem Mammillarkörper verbindet. Letzterer liegt am Vorderende der Fornix und bildet zwei Strukturen des hinteren Thalamus.²¹

Der Hippocampus ist in die Untereinheiten Subiculum, Cornu ammonis, welcher das vordere Ende des Hippocampus darstellt und in die Felder CA1 bis CA4 unterteilt ist. Die „Eingangsstation“ des Hippocampus zählen die fascia dentana und gyrus dentana. Der Hippocampus besitzt eine graue Substanz, welche eine Ansammlung von Nervenzellen ist, die eine Erweiterung des Subiculum und des parahippocampalen Gyrus bildet. Letzteres verläuft entlang des Hippocampus und ist zugleich dessen Tor. Zusätzlich ist er mit der Großhirnrinde verbunden und an den Prozessen der Verfestigung von expliziten Gedächtnisinhalten beteiligt. Der Hippocampus ist für das episodische und kontextuale Gedächtnis, so wie für die räumliche Erinnerung zuständig. Vor allem der hintere Teil des Hippocampus ist für die Raumorientierung notwendig, wie eine Studie an Londoner Taxifahrern gezeigt hat. Dabei wurden mit Hilfe von Kernspintomographie die Gehirne von Taxifahrern aus London mit gleichaltrigen Kontrollpersonen verglichen. Es zeigte sich, dass der hintere Teil des Hippocampus signifikant größer war, als der der Kontrollpersonen.²²

Gleichzeitig ist aber auch ein Verlust der Fähigkeit der Orientierung möglich. Es stellte sich zum Beispiel die Frage, ob durch Navigationsgeräte oder Dienste wie Google Maps das Orientierungsvermögen verloren geht. Es gibt bislang noch keine Belege dafür, jedoch können plausible Vermutungen angestellt werden.²³ Zudem kommt, dass sich die Raumorientierung trainieren und verbessern lässt, was bedeutet, dass sich die Fähigkeit auch zurück entwickeln kann, wenn ihr keine Aufmerksamkeit geschenkt wird. Bei den Online-Landkarten von Google Maps steht der Nutzer immer im Mittelpunkt, wodurch sich das Einschätzen von Lage und Distanz von Objekten zu einander verschlechtert. Ein Grund dafür könnte sein, dass sich weniger mit der Umgebung auseinandergesetzt wird und die Aufmerksamkeit zwischen Gerät und Umwelt ständig wechselt. Bei Navigationssystemen, welche einem den Weg vorsagen und sich somit die eigene Route gar nicht mehr bildlich vorgestellt wird, wird das eigene Verhalten passiver, da keine spezifischen Navigationsentscheidungen mehr getroffen werden. Mit großer Wahrscheinlichkeit beeinflusst dies das eigene Orientierungsvermögen im negativen Sinne.²⁴

Während der Hippocampus eher für das Speichern bestimmter Orte zuständig ist, hat der retrospleniale Cortex die Aufgabe Informationen verschiedener Arten miteinander zu verknüpfen, die für die Orientierung benötigt werden. Der retrospleniale Cortex ist ein Teil der Großhirnrinde.²⁵

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 1- Das Gehirn

3.1 Verschiedene Zellen zur Raumorientierung

Schon im Jahr 1948 fand Erdward Tolman heraus, dass sich Ratten in Labyrinthen orientieren können, mit Hilfe von globalen Repräsentationen der Umwelt. Jedoch hatte er keine wirklichen Beweise, bis im Jahr 1971 John O´Keefe und Dostrivsky herausfanden, dass Zellen im Hippocampus gibt, welche besonders häufig Aktionspotenziale aufweisen, wenn sich die Ratte an einem bestimmten Ort im Raum befindet. Diese wurden in den Feldern CA1 und CA3 im Hippocampus entdeckt.²⁶

Ortszellen

Die so genannten Place cells, übersetzt Ortszellen, feuern immer dann, wenn die Ratte an einem bestimmten Ort ist. 1970 wurden mit Hilfe von Elektroden, die in den Hippocampus injiziert wurden, Signale der Ortszellen gemessen. Das Antwortverhalten der Zellen wurde mit dem Ort im Raum in Beziehung gesetzt, an dem die Ratte sich in dem Augenblick befand.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 2- Ortszelle

Diese eine Zelle feuert immer dann, wenn die Ratte an dem Ort ist, wodurch die Heatmap entsteht, welche die Konzentration der Signale der einen Ortszelle zeigt. Daraus ergab sich die Idee, dass die Ratte im Kopf über eine kognitive Karte verfügen muss, welche sich durch die verschiedenen Ortszellen zusammensetzt, die verschiedenen Ortszellen feuern an verschiedenen Orte. Die Zellen bekommen die Informationen von den so genannten head direction cells, also Kopfrichtungszellen. Die kognitive Karte ist eine alternative Rekonstruktion der Welt, die das Tier benutzen kann, um sich in seiner Umwelt zu orientieren.²⁷ Anhand neuronaler Aktivitäten können Forscher erkennen, wo sich die Ratte im Raum befinden. Diese Muster lassen sich auch erkennen, wenn die Ratte schläft. Daher wird vermutet, dass die Ratte im Schlaf im Hippocampus die Erfahrung des Tages in der Nacht wiederholt, dadurch wird der Prozess der Langzeitpotenzierung gestärkt und das Gelernte verstärkt.²⁸

Die hippocampalen Nervenzellen „interessieren“ sich immer nur für bestimmte Raumabschnitte. Ratten sind zudem auch fähig die Vertikale zu bestimmen. Bei einem Experiment mussten Ratten einen spiralförmigen Turm hinauflaufen, dabei zeigten die Ortszellen zunächst für jede Windung den jeweiligen Ort an. Wenn diese Informationen zusammengetragen werden, ergibt dies eine vertikale Ellipse. Dabei wird deutlich, dass die Ortszellen sowohl für die Horizontale als auch für die Vertikale zuständig sind, jedoch ist das Auflösungsvermögen der neuronalen Zellen für die Vertikale sehr viel schlechter als für die horizontalen Komponenten. Grund dafür könnte sein, dass sich Ratten überwiegend auf dem Boden bewegen und deswegen die vertikale Repräsentation nicht so sehr benötigen. Dies bestätigte sich bei einem Experiment mit Fledermäusen, von welchen die Aktivität der Ortszellen im Hippocampus beobachtet wurde. Dabei fand man heraus, dass die Nervenzellen alle Achsen des Raumes erkennen. Sie füllen den kognitiven Flugraum der Fledermaus durch eine große Anzahl von Ortszellen lückenlos aus.

Die Ortszellen können auch umprogrammiert werden, das zeigten Neurowissenschaftler der Universität Tübingen. Die Forscher schafften es, mit Hilfe von elektrischen Impulsen, die Neuronen anzuregen, wodurch sich die betroffene Ortszelle auf den Ort, an dem die Stimulation stattfand bezog, und nicht mehr auf ihren vorherigen zugeteilten Ort. Bei den Langzeiterinnerungen stützt sich das Gehirn auf möglichst stabile Strukturen. Es werden beispielsweise zu einem bestimmten Ort, an dem eine Person erstmalig war, vom Hippocampus eine Zahl Neuronen hergestellt, in diesem Fall Ortszellen. Die durch Kombination von Ortszellaktivitäten im Hippocampus gespeicherte Ortskarte bleibt stabil, selbst wenn wir uns in einer anderen Umgebung befinden. In Tübingen fand man heraus, dass Ortszellen bei Tieren bei weitem nicht so stabil sind, wie es vermutet wurde. Bei einem Experiment, bei welchem sich Mäuse frei bewegen durften, wurden deren Ortszellen mit haarfeinen Elektroden gemessen und stimuliert. Die Ortszellen wurden an anderen Stellen, für die sie nicht zuständig waren, stimuliert. Es zeigte sich, dass bei einer signifikanten Zahl der Mäuse die Aktivität der Ortszelle umprogrammieren lassen konnte. Diese feuerten nicht mehr an ihrem ursprünglichen Ort, sondern dann, wenn die Maus an die Stelle kam, bei der die Stimulation sattgefunden hatte.²⁹

Grenzzellen

Die Grenzzellen, auf Englisch Border Cells, befinden sich im Entorhinal Cortex. Diese Zellen geben Signale ab, wenn sich das Tier an einer Wand oder einem Hindernis befindet. Dadurch erfährt das Tier, wo es eventuell nicht weitergehen sollte. Je näher beispielsweise eine Maus einer Wand kommt, desto stärker feuert die Zelle.³⁰ Dies ist auch auf der Heatmap erkennbar. Die Grenzzellen sind vor allem wichtig, damit das Tier nicht gegen Wände oder andere Hindernisse läuft.³¹

Kopfrichtungszellen

Kopfrichtungszellen, welche im Subiculum vorhanden sind, feuern immer dann, wenn sich eine Maus mit ihrem Kopf in eine bestimmte Richtung bewegt.29 Diese Zelle feuert am meisten in dieser Richtung.

Die im Englischen head direction cells genannten Neurone sind direkt mit den Ortszellen verbunden. Wenn es keine Kopfrichtungszellen gäbe, würde den Ortszellen auch keine Richtung vorgegeben und sie würden in allen Bereichen feuern. Um die Verbindung zwischen den beiden Zelltypen zu stoppen, wurde bei einem Experiment eine bestimmte Hirnregion entfernt. Die Ortszellen widerholten das Feuern an den Orten, die zur selben Richtung zeigten. Bei den Bereichen, die in unterschiedliche Richtungen zeigen, ist dies nicht so.

Die Kopfrichtungszellen geben den Ortszellen die Möglichkeit in einer Umgebung verschiedene Richtungen zu differenzieren.³²

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¹ vgl. Spektrum (2000): Raumorientierung. https://www.spektrum.de/lexikon/neurowissenschaft/raumorientierung/10757 Stand: 15.2.2019

² vgl. Hildebrand, S 56f

³ Vgl. Spiegel (2019): Verwirrte laufen immer im Kreis. http://www.spiegel.de/wissenschaft/mensch/orientierungsvermoegen-verirrte-laufen-immer-im-kreis-a-644189.html Stand: 22.2.2019

⁴ Vgl. Heilpädagogik (2001): Gleichgewichtssinn- vestibuläre Wahrnehmung. https://www.heilpaedagogik-info.de/entwicklungsfoerderung-2/292-gleichgewichtssinn-vestibulaere-wahrnehmung.html Stand:3.5.2019

⁵ vgl. O.V. (2013): https://www.pnas.org/content/pnas/111/2/823.full.pdf

⁶ Vgl. Spiegel(2019): Hirnforschung Männer und Frauen sind anders verdrahtet. http://www.spiegel.de/wissenschaft/medizin/hirnforschung-maenner-und-frauen-sind-anders-verdrahtet-a-936865.html Stand: 23.3.2019

⁷ Vgl. Spiegel(2019): Hirnforschung Männer und Frauen sind anders verdrahtet. http://www.spiegel.de/wissenschaft/medizin/hirnforschung-maenner-und-frauen-sind-anders-verdrahtet-a-936865.html Stand: 23.3.2019

⁸ Vgl. Spektrum (2018): Geschlechtsunterschiede aus neurowissenschaftlicher Sicht. https://www.spektrum.de/lexikon/neurowissenschaft/geschlechtsunterschiede-aus-neurowissenschaftlicher-sicht/4636 Stand: 5.4.2019

⁹ Vgl. Planet Wissen (2016): Das Gehirn des Mannes. https://www.planet-wissen.de/natur/forschung/hirnforschung/pwiedasgehirndesmannesdiemaervomgenetischenunterschied100.html Stand: 3.4.2019

¹⁰ Vgl. The Royal Society (2019): Spatial working memory in rats: no differences between the sexes. https://royalsocietypublishing.org/doi/pdf/10.1098/rspb.1999.0923 Stand: 21.3.2019

¹¹ GPS (2015): Männer orientieren sich an Himmelsrichtungen, Frauen an Gemüse. https://gps.de/orientierung/ Stand: 2.4.2019

¹² Vgl. Spiegel(2018): Orientierungssinn, warum Frauen sich verlaufen. https://gps.de/orientierung/ Stand: 2.4.2019

¹³ GPS (2015): Männer orientieren sich an Himmelsrichtungen, Frauen an Gemüse. https://gps.de/orientierung/ Stand: 2.4.2019

¹⁴ Vgl. Fundus (2011) :Geschlechtsunterschiede im räumlichen Vorstellungsvermögen?. http://www.fundus.org/referat.asp?ID=3347 Stand: 4.4.2019

¹⁵ Zit., Vgl. Welt(2018): Frauen orientieren sich ebsser- im Supermarkt. Online im Internet: https://www.welt.de/wissenschaft/article1139229/Frauen-orientieren-sich-besser-im-Supermarkt.html Stand: 1.4.2019

¹⁶ Vgl. Naturwunder (2019): Orientierung bei Mann und Frau. https://www.swr.de/naturwunder/thema-7-orientierung-bei-mann-und-frau/-/id=1223312/did=5017198/nid=1223312/87pedy/index.html Stand: 2.4.2019

¹⁷ Vgl. Christian Lehmann (2017): Kognitive und sprachliche Unterschiede in der Raumorientierung. https://www.christianlehmann.eu/ling/lg_system/sem/index.html?https://www.christianlehmann.eu/ling/lg_system/sem/raumorientierung_2.html Stand: 13.2.2019

¹⁸ Vgl. Wissenschaft aktuell (2014): Wie Inuit ihren Weg finden. https://www.wissenschaft-aktuell.de/artikel/Wie_die_Inuit_ihren_Weg_finden1771015585741.html Stand: 27.3.2019

¹⁹ vgl. Hildebrand, S 25f

²⁰ Vgl. Das Gehirn (2018): Der Hippocampus. https://www.dasgehirn.info/der-hippocampus Stand: 26.3.2019

²¹ Vgl. Das Gehirn (2018): Der Fornix. https://www.dasgehirn.info/grundlagen/anatomie/der-fornix Stand: 26.3.2019

²² Vgl. neuro24 (2013): Hippocampus. http://www.neuro24.de/show_glossar.php?id=731 Stand: 25.3.2019

²³ Vgl. Das Gehirn (2018): Verliert man durch Google-maps das Orientierungsvermögen? https://www.dasgehirn.info/aktuell/frage-an-das-gehirn/verliert-man-durch-google-maps-das-orientierungsvermoegen Stand: 30.3.2019

²⁴ Vgl. Das Gehirn (2018): Verliert man durch Google-maps das Orientierungsvermögen. https://www.dasgehirn.info/aktuell/frage-an-das-gehirn/verliert-man-durch-google-maps-das-orientierungsvermoegen Stand: 30.3.2019

²⁵ Vgl. Das Gehirn (2018): Landvermessen im Gehirn. https://www.dasgehirn.info/denken/gedaechtnis/landvermesser-im-gehirn Stand: 22.3.2019

²⁶ Neuron (2018): The Hippocampus, Memory, and Place Cells, is it a spatial memory or a memory space?. https://www.cell.com/fulltext/S0896-6273%2800%2980773-4#secd3582707e667 Stand: 24.3.2019

²⁷ Vgl. spatial cognition: What are place cells?. Online im Internet: https://www.youtube.com/watch?v=_PugwK-0Dx4 Stand: 20.3.2019

²⁸ Vgl. Das Gehirn(2018): Räumliches Denken. Online im Internet: https://www.youtube.com/watch?v=_PugwK-0Dx4 Stand: 20.3.2019

²⁹ Vgl. Ärtzeblatt(2018): Ortszellen im Gehirn mittels elektrischer Impulse umprogrammiert. Online im Internet: https://www.aerzteblatt.de/nachrichten/92294 Stand: 20.3.2019

³⁰ Vgl. Sean Hamill (2016): Place cells, grid cells, and representation of space. Online im Internet: https://www.youtube.com/watch?v=yPSyiq0JjKo Stand: 20.3.2019

³¹ Vgl. Center of Brains, Minds and Machines(2018): Head Direction Cells, Grid Cells, and Border Cells. Online im Internet: https://www.youtube.com/watch?v=CQPswbIuCkk Stand; 19.3.2019

³² Vgl. HTM School(2018): Grid Cells. Online im Internet: https://www.youtube.com/watch?v=mP7neeymcUY Stand: 19.3.2019