{"id":25266,"date":"2025-01-30T11:13:22","date_gmt":"2025-01-30T10:13:22","guid":{"rendered":"https:\/\/sfb1436.de\/?page_id=25266"},"modified":"2025-05-19T06:30:21","modified_gmt":"2025-05-19T04:30:21","slug":"b03-grid-cell-integritaet-als-neurale-ressource-fuer-navigation-und-episodisches-gedaechtnis","status":"publish","type":"page","link":"https:\/\/sfb1436.de\/de\/projekte\/archiv-sfb-1436-1-2021-2024\/b03-grid-cell-integritaet-als-neurale-ressource-fuer-navigation-und-episodisches-gedaechtnis\/","title":{"rendered":" Grid cell-Integrit\u00e4t als neurale Ressource f\u00fcr Navigation und episodisches Ged\u00e4chtnis?"},"content":{"rendered":"\n
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B03<\/p>\n<\/div><\/div>\n\n\n\n

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\"B03_Scheme_draft_SFB_final\"<\/a><\/figure>\n<\/div>\n\n\n\n
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Gitterzellen (engl. grid cells) sind eine besondere Art von Neuronen im Gehirn, die uns helfen k\u00f6nnen zu verstehen, warum manche Menschen einen besseren Orientierungssinn haben als andere und wie Navigation und r\u00e4umliches Ged\u00e4chtnis verbessert werden k\u00f6nnen. Um diese wichtigen Fragen zu kl\u00e4ren, werden in diesem interdisziplin\u00e4ren Projekt Studien an M\u00e4usen und Menschen \u00fcber die gesamte Lebensspanne hinweg kombiniert, um festzustellen, ob Gitterzellen zur Erhaltung der kognitiven F\u00e4higkeiten bei den so genannten „Super-Agern“ beitragen.<\/p>\n<\/div>\n<\/div>\n\n\n\n

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Unsere Forschung<\/strong><\/a><\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n\n\n\n
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Ziele unseres Projektes<\/strong><\/strong><\/a><\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n\n\n\n
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Blick in die Zukunft<\/strong><\/strong><\/a><\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n\n\n\n
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Publikationen<\/strong><\/a><\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n\n\n\n
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Gruppenleitung & Gruppenmitglieder<\/h2>\n\n\n\n
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\"SFB
Dr. Kevin Allen<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n
\"CRC
Prof. Dr. Hannah Monyer<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n
\"SFB
Dr. Vladislava Segen<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n
\"SFB
Prof. Dr. Thomas Wolbers<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n
\"SFB
Tugce Belge<\/figcaption><\/figure>\n<\/figure>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n\n\n\n
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Was sind Gitterzellen?<\/h2>\n\n\n\n

Gitterzellen bilden einen neurokognitiven Schaltkreis, der eine grundlegende Rechenleistung f\u00fcr die Navigation erbringt. Wenn sich ein Tier fortbewegt, ist eine Gitterzelle an einer Reihe von Positionen aktiv. Auffallend ist, dass diese Positionen wie ein Gitter aus gleichseitigen Dreiecken angeordnet sind, das den Boden der Umgebung bedeckt. Gitterzellen wurden zuerst im entorhinalen Kortex von Nagetieren entdeckt und sind seitdem bei mehreren Spezies, einschlie\u00dflich Menschen, beobachtet worden (Jacobs et al., 2013<\/a>). Die Hauptfunktion der Gitterzellen besteht darin, den \u00dcberblick dar\u00fcber zu behalten, wo wir uns in einer Umgebung befinden, aber sie scheinen auch ganz allgemein zur Bildung von episodischen Erinnerungen beizutragen.<\/p>\n<\/div>\n<\/div>\n\n\n\n

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Sind Gitterzellen f\u00fcr den kognitiven Abbau im Alter verantwortlich?

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Eine allm\u00e4hliche Abnahme der Kapazit\u00e4t des episodischen Ged\u00e4chtnisses und der r\u00e4umlichen F\u00e4higkeiten ist wird typischerweise in Studien zum kognitiven Altern beobachtet. W\u00e4hrend diese Defizite h\u00e4ufig mit einer Verschlechterung der Funktion des Hippokampus in Verbindung gebracht wurden, haben neuere Arbeiten gezeigt, dass eine beeintr\u00e4chtigte Aktivit\u00e4t der Gitterzellen auch eine Schl\u00fcsselrolle f\u00fcr den R\u00fcckgang der Navigation bei \u00e4lteren Menschen spielen k\u00f6nnte (Stangl et al., 2018). Dar\u00fcber hinaus wurde vorgeschlagen, dass das Gitterzellsystem auch das episodische Ged\u00e4chtnis (Sugar & Moser, 2019) und die Organisation von konzeptuellem Wissen unterst\u00fctzt (Aronov, Nevers, & Tank, 2017; Constantinescu, O’Reilly, & Behrens, 2016). Daher k\u00f6nnte eine Beeintr\u00e4chtigung des Gitterzellensystems f\u00fcr allgemeine kognitive Abbauprozesse im Alter verantwortlich sein, aber diese Hypothese muss noch getestet werden.<\/p>\n<\/div>\n\n\n\n

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Ist es m\u00f6glich, die Berechnungen im Netzwerk der Gitterzellen zu verbessern?<\/h3>\n\n\n\n

Der Hippokampus enth\u00e4lt so genannte Ortszellen, die ebenfalls an der Navigation und der Bildung des episodischen Ged\u00e4chtnisses beteiligt sind. Wichtig ist, dass die Ortszellen Repr\u00e4sentationen bilden, die f\u00fcr jede Umgebung einzigartig sind, und diese Repr\u00e4sentationen werden in Ruhe und im Schlaf durch die sog. Reaktivierung konsolidiert (Csicsvari & Dupret, 2014). Es ist daher m\u00f6glich, dass die Konsolidierung der Repr\u00e4sentationen von Ortszellen w\u00e4hrend Ruhe und Schlaf auch zur Stabilisierung der Gitterzellen beitr\u00e4gt. Diese Idee wird durch die Beobachtung gest\u00fctzt, dass die Inaktivierung von Hippocampus-Neuronen zu einer starken Verringerung der Stabilit\u00e4t der Gitterzellen f\u00fchrt (Bonnevie et al., 2013).<\/p>\n\n\n\n

Beim Menschen f\u00fchrten Bedingungen, von denen man annimmt, dass sie die neuronale Reaktivierung f\u00f6rdern, zu einer Verbesserung von r\u00e4umlichen und zeitlichen Ged\u00e4chtnisaufgaben. Allerdings ist derzeit nicht bekannt, ob die beobachteten Verbesserungen auf der Verhaltensebene mit verbesserten Feuermustern der Gitterzellen zusammenh\u00e4ngen.<\/p>\n<\/div>\n<\/div>\n\n\n\n

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Ziele des Projektes<\/h2>\n<\/div>\n\n\n\n
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Das Hauptziel des Projekts besteht darin, zu verstehen, ob Gitterzellen eine flexible neuronale Ressource darstellen, die ein breites Spektrum kognitiver Funktionen wie Navigation und episodisches Ged\u00e4chtnis unterst\u00fctzt, und ob intakte Gitterzellen zu einer besseren Alterung beitragen. Zu diesem Zweck wird das Projekt:<\/p>\n\n\n\n

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  1. die physiologischen Mechanismen charakterisieren, die zu einer Abnahme der Funktion der Gitterzellen f\u00fchren.<\/li>\n\n\n\n
  2. testen, ob es m\u00f6glich ist, die Berechnungen der Gitterzellen zu verbessern, indem man die neuronale Reaktivierung manipuliert.<\/li>\n\n\n\n
  3. Repr\u00e4sentationen der Gitterzellen bei \u00e4lteren Erwachsenen mit exzellenten kognitiven Funktionen (sog. SuperAger) charakterisiert und pr\u00fcft, ob die erhaltene Funktion der Gitterzellen zu einer \u00fcberdurchschnittlich guten Navigations- und episodischen Ged\u00e4chtnisleistung in dieser speziellen Population beitr\u00e4gt.<\/li>\n<\/ol>\n\n\n\n


    Diese Ziele sollen mit einem interdisziplin\u00e4ren Ansatz erreicht werden, der sich auf Einzelzellableitungen bei Nagetieren sowie auf funktionelle und strukturelle Neurobildgebung beim Menschen st\u00fctzt.<\/p>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n\n\n\n

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    Mechanismen der Stabilit\u00e4t von Gitterzellen bei M\u00e4usen<\/h3>\n\n\n\n

    Fr\u00fchere Arbeiten an Nagetieren haben gezeigt, dass visuelle Orientierungspunkte eine Schl\u00fcsselrolle bei der Stabilisierung der Gitterzellen spielen (Perez-Escobar et al., 2016). Wir stellen die Hypothese auf, dass sich bei der Erkundung einer neuen Umgebung Assoziationen zwischen visuellen Orientierungspunkten und der Repr\u00e4sentation der Gitterzellen bilden, so dass bei nachfolgenden Besuchen dieser neuen Umgebung die Feuerungsmuster der Gitterzellen stabil bleiben. Es wird davon ausgegangen, dass interindividuelle Unterschiede in der Stabilit\u00e4t der Gitterzellen in neuen Umgebungen eine wichtigen Einfluss auf die individuelle Ged\u00e4chtnisleistung aus\u00fcben. Wir werden diese Hypothesen testen, indem wir die Gitternetzzellen messen, w\u00e4hrend M\u00e4use lernen, in Umgebungen mit neuen Konfigurationen visueller Orientierungspunkte zu navigieren. Wir gehen davon aus, dass eine schnelle Stabilisierung der Repr\u00e4sentationen der Gitterzellen mit einer besseren Navigation und einem besseren r\u00e4umlichen Ged\u00e4chtnis korreliert. In einer zweiten Reihe von Experimenten werden wir pr\u00fcfen, ob die Reaktivierung von Ortszellen mit der Stabilit\u00e4t von Gitterzellen verbunden ist. Dazu werden wir optogenetische Instrumente einsetzen, um die Reaktivierung von Ortszellen zu verl\u00e4ngern und zu bestimmen, ob dies die Stabilit\u00e4t der Gitterzellen und die Ged\u00e4chtnisleistung verbessert.<\/p>\n\n\n\n

    Schlie\u00dflich werden wir individuelle Unterschiede und altersbedingte Schwankungen in der kognitiven Leistung von M\u00e4usen untersuchen und pr\u00fcfen, ob die kognitiven Profile der M\u00e4use mit der Stabilit\u00e4t der Gitterzellen zusammenh\u00e4ngen.<\/p>\n<\/div>\n\n\n\n

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    Gitterzellenkodierung bei SuperAgern
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    Fr\u00fchere Forschungen zur r\u00e4umlichen Navigation beim Menschen haben wiederholt gezeigt, dass ein Teil der \u00e4lteren Erwachsenen \u00e4hnliche Leistungen erbringen kann wie junge gesunde Kontrollpersonen. Dar\u00fcber hinaus haben wir in unserer Arbeit festgestellt, dass \u00e4ltere Erwachsene, die bei einer r\u00e4umlichen Navigationsaufgabe \u00e4hnliche Leistungen wie j\u00fcngere Erwachsene erbringen, auch eine intakte Gitterzellenkodierung aufweisen.  Da die Gitterzellenkodierung wahrscheinlich eine grundlegende kognitive Ressource f\u00fcr das episodische Ged\u00e4chtnis im Allgemeinen ist, werden wir die Beziehung zwischen der Integrit\u00e4t der Gitterzellen, altersbedingter entorhinaler Pathologie und erhaltenen Ged\u00e4chtnisleistungen untersuchen. Zu diesem Zweck werden wir feststellen, ob die Eigenschaften von Gitterzellen, von Kopfrichtungszellen und von Geschwindigkeitszellen bei alten M\u00e4usen mit der erhaltenen Leistung in etablierten Ged\u00e4chtnistests (z. B. belohnte Abwechslung, Ortspr\u00e4ferenz) in Zusammenhang stehen. Zweitens werden wir beim Menschen testen, ob die Funktion der Gitterzellen bei SuperAgern mit der von j\u00fcngeren Menschen (50-60 Jahre) vergleichbar ist und ob ihre Gitterzellenfunktion mit der Leistung bei episodischen Ged\u00e4chtnis- und r\u00e4umlichen Navigationsaufgaben zusammenh\u00e4ngt. Wichtig ist auch, dass wir pr\u00fcfen, ob die Funktion der Gitterzellen bei SuperAgern trotz mikrostruktureller Ver\u00e4nderungen im entorhinalen Cortex erhalten bleibt, was auf eine erh\u00f6hte Widerstandsf\u00e4higkeit des Gitterzellennetzwerks gegen\u00fcber neurodegenerativen Prozessen hindeuten w\u00fcrde.<\/p>\n<\/div>\n<\/div>\n\n\n\n

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    \"graphical<\/a><\/figure>\n<\/div>\n\n\n\n
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    Ein Blick in die Zukunft<\/strong><\/strong><\/h2>\n\n\n\n

    Dieses Projekt zielt darauf ab, Gitterzellen als eine zentrale neuronale Ressource zu etablieren, die viele Facetten der Kognition \u00fcber die gesamte Lebensspanne hinweg unterst\u00fctzen kann. Auf der Grundlage dieser grundlegenden Arbeit besteht die langfristige Perspektive unseres Projekts in der Entwicklung neuartiger Interventionen – zum Beispiel unter Verwendung immersiver virtueller Realit\u00e4t oder k\u00f6rperlicher \u00dcbungen -, die die Pr\u00e4zision und Stabilit\u00e4t der Gitterzellen nachhaltig verbessern k\u00f6nnen. Wenn diese Arbeit erfolgreich ist, w\u00fcrde sie neue Wege zur Verbesserung der Navigationsf\u00e4higkeit und des episodischen Ged\u00e4chtnisses \u00fcber die gesamte Lebensspanne er\u00f6ffnen, was letztlich einen wichtigen Beitrag zur Erhaltung von Mobilit\u00e4t und Unabh\u00e4ngigkeit im Alter leisten w\u00fcrde.<\/p>\n<\/div>\n<\/div>\n\n\n\n

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    Publikationen des Projektes B03<\/strong><\/h2>\n\n\n\n\t\t\t
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    \n\t\t\t\tImmersive virtual reality for older adults: Challenges and solutions in basic research and clinical applications<\/a>\n\t\t\t<\/h4>\n\t\t\t\t\t\t
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    \n\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t<\/span>\t\t\t\t\t\tB03<\/a>\t\t\t\t\t<\/span>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t\t\t
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    Malika Schaumburg, Ashar Imtiaz, Ruojing Zhou, Matthieu Bernard, Thomas Wolbers, Vladislava Segen Ageing Res Rev (2025)<\/span><\/p>\n<\/span>\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t<\/article>\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t

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    \n\t\t\t\tGrid cells perform path integration in multiple reference frames during self-motion-based navigation<\/a>\n\t\t\t<\/h4>\n\t\t\t\t\t\t
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    \n\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t<\/span>\t\t\t\t\t\tB03<\/a>\t\t\t\t\t<\/span>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t\t\t
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    Jing-Jie Peng, Beate Throm, Maryam Najafian Jazi, Ting-Yun Yen, Hannah Monyer, Kevin Allen BioRxiv (2023)<\/span><\/p>\n<\/span>\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t<\/article>\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t

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    \n\t\t\t\tThe 3D Structural Architecture of the Human Hand Area Is Nontopographic<\/a>\n\t\t\t<\/h4>\n\t\t\t\t\t\t
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    \n\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t<\/span>\t\t\t\t\t\tB03<\/a>, Z02<\/a>\t\t\t\t\t<\/span>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t\t\t
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    Juliane Doehler, Alicia Northall, Peng Liu, Alessio Fracasso, Anastasia Chrysidou, Oliver Speck, Gabriele Lohmann, Thomas Wolbers and Esther Kuehn Journal of Neuroscience (2023)<\/span><\/p>\n<\/span>\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t<\/article>\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t

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    \n\t\t\t\tMedial entorhinal cortex commissural input regulates the activity of spatially and object-tuned cells contributing to episodic memory<\/a>\n\t\t\t<\/h4>\n\t\t\t\t\t\t
    \n\t\t\t\t\t\t\t\t
    \n\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t<\/span>\t\t\t\t\t\tB03<\/a>\t\t\t\t\t<\/span>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t\t\t
    \n\t\t\t\t\t

    Antonio Caputi, Xinghua Liu, Elke C Fuchs, Yu-Chao Liu, Hannah Monyer Neuron (2022)<\/p>\n<\/span>\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t<\/article>\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t

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    \n\t\t\t\tReaching the Goal: Superior Navigators in Late Adulthood Provide A Novel Perspective into Successful Cognitive Aging<\/a>\n\t\t\t<\/h4>\n\t\t\t\t\t\t
    \n\t\t\t\t\t\t\t\t
    \n\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t<\/span>\t\t\t\t\t\tB03<\/a>\t\t\t\t\t<\/span>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t\t\t
    \n\t\t\t\t\t

    Ruojing Zhou, Tu\u011f\u00e7e Belge, Thomas Wolbers TOPICS (2022)<\/span><\/p>\n<\/span>\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t<\/article>\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t

    \t\t\t\t\t\t\t\t

    \n\t\t\t\tThe organizational principles of de-differentiated topographic maps in somatosensory cortex<\/a>\n\t\t\t<\/h4>\n\t\t\t\t\t\t
    \n\t\t\t\t\t\t\t\t
    \n\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t<\/span>\t\t\t\t\t\tB03<\/a>, B04<\/a>, Z02<\/a>\t\t\t\t\t<\/span>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t\t\t
    \n\t\t\t\t\t

    Peng Liu, Anastasia Chrysidou, Juliane Doehler, Martin N Hebart, Thomas Wolbers, Esther Kuehn eLife (2021)<\/p>\n<\/span>\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t<\/article>\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t

    \t\t\t\t\t\t\t\t

    \n\t\t\t\tSources of path integration error in young and aging humans<\/a>\n\t\t\t<\/h4>\n\t\t\t\t\t\t
    \n\t\t\t\t\t\t\t\t
    \n\t\t\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t<\/span>\t\t\t\t\t\tB03<\/a>\t\t\t\t\t<\/span>\n\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\t\t\t\t
    \n\t\t\t\t\t

    Matthias Stangl, Ingmar Kanitscheider, Martin Riemer, Ila Fiete & Thomas Wolbers Nature Communications (2020)<\/p>\n<\/span>\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t<\/article>\n\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t\t<\/div>\n\t\t\t\n\n\n

    \n
    Alle Publikationen<\/a><\/div>\n\n\n\n
    Alle Projekte<\/a><\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/section>\n<\/div>\n<\/div>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

    Gitterzellen (engl. grid cells) sind eine besondere Art von Neuronen im Gehirn, die uns helfen k\u00f6nnen zu verstehen, warum manche Menschen einen besseren Orientierungssinn haben als andere und wie Navigation und r\u00e4umliches Ged\u00e4chtnis verbessert werden k\u00f6nnen. 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