Woher weiß ein Tourist, der zum ersten Mal in Berlin ist, dass er gerade auf dem Alexanderplatz steht? Wie schafft er es, von dort den Weg zur Museumsinsel zu finden? Und warum braucht er für diese Strecke schon beim zweiten Mal vermutlich keinen Stadtplan mehr?

Antworten auf Fragen wie diese haben die Gewinner des diesjährigen Nobelpreises für Medizin und Physiologie gegeben. Für ihre Entdeckung einer Art Navigationsgerät im Gehirn erhalten der in den USA geborene Brite John O’Keefe sowie das norwegische Ehepaar May-Britt und Edvard Moser die mit knapp 880.000 Euro dotierte Auszeichnung, hieß es am gestrigen Montag in Stockholm. Der Preis, der zur Hälfte an O’Keefe und je zu einem Viertel an die Mosers gehen soll, wird traditionell am 10. Dezember, dem Todestag von Alfred Nobel, überreicht.

Die Arbeiten der drei Forscher hätten ein Problem gelöst, das Philosophen und Wissenschaftler seit Jahrhunderten beschäftigt habe, heißt es in der Begründung des Nobelkomitees. Ihre Erkenntnisse zeigten, wie es dem Gehirn gelinge, eine innere Karte von der Umgebung zu kreieren und sich in dieser zurechtzufinden.

Der Neurowissenschaftler Helmut Kettenmann vom Max-Delbrück-Centrum für Molekulare Medizin (MDC) in Berlin-Buch begrüßt die Auszeichnung: „Die drei Forscher haben entscheidende Muster im Gehirn gefunden, die das Verhalten von Menschen und Säugetieren bestimmen“, sagt er. Alle drei stünden mit ihren Namen für das Forschungsgebiet. „Und gerade May-Britt und Edvard Moser haben in den vergangenen zehn Jahren eine ganze Serie exzellenter Arbeiten publiziert“, lobt Kettenmann das norwegische Forscherduo.

Ein anderer Experte zeigte sich von der Wahl des Nobelkomitees hingegen überrascht – wenn auch im positiven Sinn. „Was? Die bekommen den Nobelpreis?“, rief der Berliner Neurobiologie-Professor Randolf Menzel, als er die Namen der diesjährigen Preisträger hörte. „Das freut mich riesig!“ Er kenne alle drei sehr gut, besonders verbunden fühle er sich aber mit den Mosers. „In den vergangenen sieben Jahren war ich als Gastprofessor regelmäßig bei ihnen in Trondheim“, sagt Menzel, der an der Freien Universität das Gedächtnis und die Orientierung von Bienen erforscht.

May-Britt und Edvard Moser bilden offenbar ein ideales Forscherteam. Beide seien sehr angenehme und unglaublich originelle Menschen. „Edvard Moser ist ein eher zurückhaltender, gründlicher Mensch, zugleich aber ein geschickter Experimentator und hält sehr gute Vorträgen“, schildert Menzel. „May-Britt Moser ist etwas lebhafter als ihr Mann und kennt sich besonders gut mit Verhaltenstests aus“, ergänzt der Berliner Forscher.

Dass das Ehepaar zusammen die eine Hälfte des Preises erhält, findet er absolut gerechtfertigt. „Edvard Moser ist vielleicht etwas mehr die Führungsfigur, aber die beiden haben alles zusammen erarbeitet und waren als Team besonders geschickt darin, mit Top-Wissenschaftlern zu kooperieren, um ihre Theorien zu bestätigen“, berichtet Menzel.

Ohne den Hirnforscher John O’Keefe (74) würde das norwegische Paar heute jedoch wohl kaum im Nobel-Himmel schweben. „O’Keefe ist sozusagen der Vater der Forschungsrichtung“, sagt Menzel. Bei ihm am University College in London machten die Mosers als Postdocs ihre ersten Schritte auf dem Gebiet. Menzel schildert O’Keefe als einen fantastischen Wissenschaftler, der immer noch aktiv sei und glänzende Vorträge halte. Anfang der Siebzigerjahre entdeckte er im Hippocampus von Ratten – einem Hirnareal, das vor allem für das Gedächtnis wichtig ist – Nervenzellen, die immer dann feuerten, wenn sich das Tier an einem bestimmten Punkt im Raum aufhielt.

Änderte die Ratte ihre Position, fingen andere Zellen an zu feuern. Dies funktionierte selbst dann, wenn die Tiere im Dunklen umherliefen. O’Keefe schloss daraus, dass die Zellen, die er „place cells“ nannte (auf Deutsch Platz-, Orts- oder Raumzellen) eine Art innere Landkarte von der Umgebung generierten. Erinnerungen an einen bestimmten Ort, so die Theorie des Forschers, waren demnach in einer spezifischen Kombination feuernder Platzzellen gespeichert.

Mehr als drei Jahrzehnte später, im Jahr 2005, stießen May-Britt und Edvard Moser an der Technisch-Naturwissenschaftlichen Universität Norwegens (NTNU) in Trondheim auf eine zweite Schlüsselkomponente des hirneigenen Navigationssystems. In einem dem Hippocampus benachbarten Hirnareal, dem entorhinalen Kortex, entdeckten sie bei umherlaufenden Ratten ein eigenartiges Muster feuernder Nervenzellen: Bestimmte Neuronen sendeten ihre Signale immer dann aus, wenn die Ratte einen Punkt kreuzte, der auf einem imaginären Sechseck lag (siehe Grafik). In ihrer Gesamtheit schufen diese „grid cells“ (übersetzt Gitter- oder Rasterzellen) offenbar ein Koordinatensystem, das den Tieren die Navigation im Raum ermöglichte.

„Neben den Gitterzellen haben May-Britt und Edvard Moser später auch noch sogenannte Grenzzellen entdeckt“, berichtet MDC-Forscher Kettenmann. Diese feuern immer dann, wenn sich die Ratte einem Hindernis nähert, beispielsweise einer Wand. Beide, Gitter- und Grenzzellen, stehen wiederum mit den sogenannten Kopfrichtungszellen in Verbindung, die aktiv werden, wenn die Ratte den Kopf in eine bestimmte Richtung dreht.

Womöglich gebe es noch eine ganze Reihe vergleichbarer Zellen, mutmaßte Edvard Moser kürzlich in einem Interview anlässlich der Verleihung des Körber-Preises – vielleicht auch solche, die immer dann feuerten, wenn sich die Ratte mit einer bestimmten Geschwindigkeit bewege. Fest steht, dass die bislang im entorhinalen Kortex gefundenen Zellen alle mit den Platzzellen im benachbarten Hippocampus in Verbindung stehen – und dass all diese Zellen gemeinsam ein inneres GPS im Gehirn bilden.

Und dieses GPS weisen ganz offensichtlich nicht nur Ratten auf: Studien mit bildgebenden Verfahren und an Patienten, die sich einer Hirnoperation unterziehen mussten, haben zuletzt gezeigt, dass auch der Mensch über Platz- und Gitterzellen verfügt. „Es scheint sich um ein angeborenes Positionierungssystem zu handeln, das dem Menschen und allen Säugetieren gemein ist“, sagt Kettenmann.

Eines Tages könnten die Entdeckungen der drei Nobelpreisträger womöglich sogar Patienten zugutekommen. Alzheimer-Forscher wissen schon seit längerem, dass bei Menschen, die an dieser Form der Demenz leiden, die Nervenzellen im Hippocampus und im entorhinalen Kortex oft schon in einem frühen Krankheitsstadium absterben. Die Erkenntnisse von O’Keefe und dem Ehepaar Moser erklären, weshalb die Patienten oft so große Schwierigkeiten haben, sich zu orientieren. Und möglicherweise könnten sie irgendwann auch zu einer Therapie beitragen.