Wie finden Sie sich in einer fremden Stadt zurecht, wie wissen Sie, wo Sie gerade stehen und in welche Richtung Sie gehen müssen? Das Gehirn erzeugt dafür eine Art innere Landkarte, ein Positionierungssystem, das manchmal als „GPS des Gehirns“ bezeichnet wird. Der norwegische Neurowissenschaftler Edvard I. Moser hat gemeinsam mit seiner damaligen Ehefrau May-Britt Moser einen zentralen Bestandteil dieses Systems entdeckt: die Gitterzellen. Für die Entdeckung von Zellen, die ein Positionierungssystem im Gehirn bilden, erhielten die beiden 2014 gemeinsam mit dem britisch-amerikanischen Forscher John O’Keefe den Nobelpreis für Physiologie oder Medizin.
Herkunft und Studium
Edvard Ingjald Moser wurde am 27. April 1962 in Ålesund an der norwegischen Westküste geboren. Seine Eltern stammten aus Deutschland und waren als Mitglieder einer christlichen Gemeinschaft nach Norwegen gekommen. Bereits als Jugendlicher interessierte er sich für Naturwissenschaften und für die Frage, wie das Verhalten von Menschen und Tieren zustande kommt.
Moser studierte an der Universität Oslo Psychologie und daneben Mathematik, Statistik und Neurobiologie. An der Universität lernte er May-Britt kennen, die wie er aus der Region um Ålesund stammte. Die beiden beschlossen früh, gemeinsam zu erforschen, wie das Gehirn Verhalten hervorbringt. In Oslo arbeiteten sie bei dem Neurophysiologen Per Andersen, einem Experten für den Hippocampus, eine Hirnregion, die für Gedächtnis und Orientierung wichtig ist. Edvard Moser wurde 1995 in Neurophysiologie promoviert.
Lehrjahre und eigener Aufbruch
Nach der Promotion gingen die Mosers für Forschungsaufenthalte ins Ausland, unter anderem nach Edinburgh zu Richard Morris, der mit einem nach ihm benannten Wasserlabyrinth das räumliche Lernen bei Ratten untersuchte, und nach London in das Labor von John O’Keefe. O’Keefe hatte 1971 im Hippocampus von Ratten sogenannte Ortszellen entdeckt: Nervenzellen, die immer dann aktiv werden, wenn sich das Tier an einem bestimmten Ort befindet. Von ihm lernten die Mosers, die Aktivität einzelner Nervenzellen bei frei laufenden Tieren zu messen.
1996 erhielten beide Stellen an der Technisch-Naturwissenschaftlichen Universität Norwegens (NTNU) in Trondheim. Dort bauten sie mit bescheidenen Mitteln ein eigenes Labor auf. Aus diesen Anfängen entstanden später das Centre for Neural Computation und das Kavli-Institut für Systemneurowissenschaften, das Edvard Moser bis heute leitet.
Die Frage nach der Herkunft des Ortssignals
Ortszellen waren damals schon gut beschrieben, aber eine Frage blieb offen: Woher bekommt der Hippocampus seine Information über den Ort? Die Mosers vermuteten, dass das Signal nicht im Hippocampus selbst entsteht, sondern von einer vorgeschalteten Region geliefert wird. Ein naheliegender Kandidat war der entorhinale Kortex, eine Rindenregion, die eng mit dem Hippocampus verbunden ist.
Anfang der 2000er-Jahre begannen sie, mit dünnen Elektroden die Aktivität von Nervenzellen im entorhinalen Kortex zu messen, während Ratten in einer großen Box nach verstreuten Futterstückchen suchten. Dabei hielten sie fest, an welchen Stellen eine Zelle feuerte. Was sie fanden, war verblüffend: Eine einzelne Zelle reagierte nicht nur an einem Ort, sondern an vielen – und diese Orte waren regelmäßig angeordnet. Trug man die Punkte in eine Karte ein, ergab sich ein Muster aus gleichseitigen Dreiecken, das sich wie ein Gitter aus Sechsecken über die gesamte Fläche legte.
Gitterzellen – ein Koordinatensystem im Kopf
2005 veröffentlichten die Mosers und ihre Mitarbeitenden die Entdeckung in der Fachzeitschrift Nature und nannten die Zellen Gitterzellen. Verständlich ausgedrückt: Gitterzellen funktionieren ähnlich wie die Linien auf einem Stadtplan. Sie liefern ein regelmäßiges Bezugsraster, mit dessen Hilfe das Gehirn Entfernungen und Positionen bestimmen kann – unabhängig davon, wie die Umgebung aussieht. Auch im Dunkeln bleibt das Muster weitgehend erhalten, weil das Gehirn die eigene Bewegung, also Geschwindigkeit und Richtung, fortlaufend verrechnet.
Verschiedene Gitterzellen unterscheiden sich in der Maschenweite ihres Rasters und in dessen Ausrichtung und Verschiebung. Benachbarte Zellen decken leicht versetzte Punkte ab, sodass das Netz gemeinsam den gesamten Raum lückenlos erfasst. Von oben nach unten im entorhinalen Kortex wird das Gitter in Stufen gröber. Durch die Kombination mehrerer solcher Raster lässt sich ein Ort sehr genau bestimmen.
In den folgenden Jahren fand das Team in derselben Region weitere spezialisierte Zellen: Kopfrichtungszellen, die anzeigen, in welche Richtung das Tier blickt, Grenzzellen, die auf Wände und Kanten reagieren, und Geschwindigkeitszellen, die das Lauftempo kodieren. Zusammen mit den Ortszellen im Hippocampus ergibt sich ein Netzwerk, das Position, Richtung und Umgebung gemeinsam darstellt.
Der Nobelpreis 2014
Die Nobelversammlung des Karolinska-Instituts würdigte 2014 die beiden Teile des Puzzles: O’Keefe für die Ortszellen, May-Britt und Edvard Moser für die Gitterzellen. Damit gehören die Mosers zu den wenigen Ehepaaren, die gemeinsam einen Nobelpreis erhielten. Edvard Moser erfuhr von der Ehrung auf einer Reise; er befand sich auf dem Weg zu einer Konferenz in München, als die Nachricht ihn erreichte.
Edvard und May-Britt Moser trennten sich 2016 als Paar, setzten aber ihre wissenschaftliche Zusammenarbeit am Kavli-Institut in Trondheim fort. Beide haben betont, dass ihre Forschung immer ein gemeinsames Projekt war.
Forschung nach dem Preis
Nach dem Nobelpreis hat Moser seine Arbeit stark ausgeweitet. Mit modernen Messsonden, die die Aktivität von Hunderten oder Tausenden Nervenzellen gleichzeitig erfassen, untersucht sein Team, wie die Zellen des Navigationssystems als Netzwerk zusammenwirken. Dabei zeigte sich, dass Gitterzellen ihre gemeinsame Aktivität auch im Schlaf beibehalten – ein Hinweis darauf, dass das Raster nicht nur auf Sinneseindrücken beruht, sondern im Netzwerk selbst verankert ist. Weitere Arbeiten befassen sich damit, wie das Gehirn Zeit kodiert und wie räumliche Erfahrungen zu Erinnerungen verknüpft werden.
Neben seiner Forschung engagiert sich Moser in der Wissenschaftsorganisation und hat sich für langfristige Grundlagenforschung ausgesprochen. Er hat wiederholt darauf hingewiesen, dass die Gitterzellen nicht durch gezielte Suche nach einer Anwendung gefunden wurden, sondern durch reine Neugier.
Wie man einer Ratte beim Denken zusieht
Die Methode hinter der Entdeckung klingt einfacher, als sie ist. Den Tieren werden unter Narkose hauchdünne Drähte in eine bestimmte Hirnregion eingesetzt. Nach der Erholung laufen die Ratten frei umher, während die Elektroden die elektrischen Entladungen einzelner Nervenzellen auffangen. Eine Kamera verfolgt gleichzeitig die Position des Tieres. Am Computer wird dann für jede Zelle ausgewertet, an welchen Stellen sie besonders häufig feuert. Entscheidend für die Entdeckung war, dass die Mosers ihre Boxen groß genug wählten: In kleinen Kammern hätte eine Zelle nur ein oder zwei Aktivitätsfelder gezeigt, und das regelmäßige Muster wäre verborgen geblieben. Erst in größeren Arenen wurde das Gitter erkennbar.
Wirkung
Die Entdeckung der Gitterzellen hat die Hirnforschung in mehrfacher Hinsicht geprägt. Zum einen ist sie eines der klarsten Beispiele dafür, wie das Gehirn abstrakte Information – hier ein mathematisch regelmäßiges Koordinatensystem – aus Nervenaktivität aufbaut. Damit gilt das Navigationssystem als Modell für das Verständnis höherer Hirnleistungen. Studien mit bildgebenden Verfahren und Messungen bei Patientinnen und Patienten mit implantierten Elektroden deuten darauf hin, dass auch Menschen gitterähnliche Aktivitätsmuster besitzen. Manche Forschende vermuten sogar, dass das Gehirn ähnliche Raster nutzt, um nicht nur den Raum, sondern auch Begriffe und Wissen zu ordnen.
Zum anderen besteht ein Bezug zur Medizin. Der entorhinale Kortex gehört zu den Regionen, die bei der Alzheimer-Krankheit besonders früh geschädigt werden. Dass sich Betroffene oft schon in frühen Stadien schlechter orientieren können und sich in vertrauter Umgebung verirren, passt zu diesem Befund. Forschende untersuchen deshalb, ob Tests der räumlichen Navigation helfen können, Alzheimer früher zu erkennen. Auch in der Informatik und der Entwicklung künstlicher Intelligenz dienen Gitterzellen als Inspiration für Navigationsverfahren.
Wenn Sie das nächste Mal ohne Karte den Weg zurück zu Ihrem Hotel finden, arbeitet in Ihrem Kopf vermutlich jenes Raster aus Sechsecken, das Edvard und May-Britt Moser in Trondheim sichtbar gemacht haben.
Die offizielle Würdigung finden Sie bei der Nobelstiftung.
Stand: 29.10.2026