Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Signalverarbeitung im Hintergrundrauschen des Gehirns

25.07.2008
Wie Sinnesreize trotz neuronaler Hintergrundaktivität verlässlich verarbeitet werden können

Das Gehirn ist ständig aktiv. Egal ob wir wach sind, schlafen, denken oder entspannen, die Nervenzellen senden Signale. Wissenschaftler vom Bernstein Zentrum für Computational Neuroscience (BCCN) und der Universität Freiburg haben in einem Computermodell untersucht, wie Sinnesreize oder andere Informationen angesichts einer solchen Hintergrundaktivität verlässlich verarbeitet und weitergeleitet werden können. Ihre Arbeit gibt Aufschluss darüber, welche Form der neuronalen Informationsverschlüsselung eine optimale Weiterleitung ermöglicht.

Wenn wir sehen, hören oder riechen verarbeitet das Gehirn die aufgenommenen Informationen Schritt für Schritt in aufeinander folgenden Verschaltungsebenen. Neurone in jeder Ebene geben Signale in Form von elektrischen Impulsen an die nächste Ebene weiter. Die neuronalen Verschaltungen, die einem solchen "Feed Forward System" zu Grunde liegen, wurden schon vielfältig untersucht. Meist wurde dabei aber nicht berücksichtigt, dass das Feed Forward System in die komplexe neuronale Architektur des Gehirns eingebettet ist, von dessen Hintergrundaktivität beeinflusst wird und seinerseits auf diese zurückwirkt. Der Frage, wie verlässlich Signale in einem solchen System weitergegeben werden können, sind nun Arvind Kumar, Stefan Rotter und Ad Aertsen vom BCCN und der Universität Freiburg nachgegangen. Mit einem komplexen Computermodell simulierten die Wissenschaftler die Funktion von 50.000 Neuronen möglichst realitätsnah.

Jede Sinnesinformation wird im Gehirn in elektrische Impulse der Neurone übersetzt. Nach welchem Prinzip Informationen dabei verschlüsselt werden, ist noch nicht im Detail bekannt und unterscheidet sich von Fall zu Fall. Ein Sinnesreiz kann zum Beispiel die Impulsrate bestimmter Neurone erhöhen. Je stärker der Reiz, desto mehr Impulse sendet das Neuron pro Zeiteinheit - man spricht von einem "Ratencode".

... mehr zu:
»Neuron »Sinnesreiz

Ein Sinnesreiz kann aber auch dazu führen, dass mehrere Neurone gleichzeitig ein Signal aussenden, so dass synchrone "Impulspakete" durch das Feed Forward System transportiert werden. Auch die Hintergrundaktivität des Gehirns ist nicht immer gleich - je nach mentalem Zustand senden einzelne Zellen des Gehirns ihre Signale mehr oder weniger regelmäßig und synchron. In ihrem Modell untersuchten die Wissenschaftler, wie diese verschiedenen Formen der Informationsweitergabe und der Hintergrundaktivität sich gegenseitig beeinflussen.

Wie Kumar und seine Kollegen zeigten, ist nicht jede Form der Informationsweitergabe bei jeder Art von Hintergrundaktivität möglich. Eine allzu synchrone neuronale Hintergrundaktivität macht nahezu jede gezielte Signalweiterleitung unmöglich. Ein asynchrones Hintergrundrauschen hingegen erlaubt eine zuverlässige Verarbeitung von Sinnesinformationen und kann sogar konstruktiv zur stabilen Weitergabe des Signals beitragen. Die Wissenschaftler zeigten außerdem, dass sich Impulspakete synchroner neuronaler Aktivität weit verlässlicher weiterleiten ließen, als eine erhöhte Impulsrate. Ihre Arbeiten geben wichtige Hinweise darauf, wie Sinnesinformation verschlüsselt sein muss, um effektiv im Gehirn verarbeitet zu werden.

Originalveröffentlichung: Kumar, A., Rotter, S. und Aertsen, A. Conditions for propagating synchronous spiking and asynchronous firing rates in a cortical network model.

J Neurosci. 2008 May 14;28(20):5268-80. doi:10.1523/JNEUROSCI.2542-07.2008

Kontakt:
Prof. Dr. Ad. Aertsen
Institut für Biologie III
Albert-Ludwigs-Universität
Schänzlestr. 1
79104 Freiburg i. Br.
Tel.: 0761/203-2718

Dr. Katrin Weigmann | idw
Weitere Informationen:
http://www.bernstein-netzwerk.de
http://www.brainworks.uni-freiburg.de
http://bccn-freiburg.de

Weitere Berichte zu: Neuron Sinnesreiz

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Kontinentalrand mit Leckage
27.03.2017 | MARUM - Zentrum für Marine Umweltwissenschaften an der Universität Bremen

nachricht Neuen molekularen Botenstoff bei Lebererkrankungen entdeckt
27.03.2017 | Universitätsmedizin Mannheim

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Das anwachsende Ende der Ordnung

Physiker aus Konstanz weisen sogenannte Mermin-Wagner-Fluktuationen experimentell nach

Ein Kristall besteht aus perfekt angeordneten Teilchen, aus einer lückenlos symmetrischen Atomstruktur – dies besagt die klassische Definition aus der Physik....

Im Focus: Wegweisende Erkenntnisse für die Biomedizin: NAD⁺ hilft bei Reparatur geschädigter Erbinformationen

Eine internationale Forschergruppe mit dem Bayreuther Biochemiker Prof. Dr. Clemens Steegborn präsentiert in 'Science' neue, für die Biomedizin wegweisende Forschungsergebnisse zur Rolle des Moleküls NAD⁺ bei der Korrektur von Schäden am Erbgut.

Die Zellen von Menschen und Tieren können Schäden an der DNA, dem Träger der Erbinformation, bis zu einem gewissen Umfang selbst reparieren. Diese Fähigkeit...

Im Focus: Designer-Proteine falten DNA

Florian Praetorius und Prof. Hendrik Dietz von der Technischen Universität München (TUM) haben eine neue Methode entwickelt, mit deren Hilfe sie definierte Hybrid-Strukturen aus DNA und Proteinen aufbauen können. Die Methode eröffnet Möglichkeiten für die zellbiologische Grundlagenforschung und für die Anwendung in Medizin und Biotechnologie.

Desoxyribonukleinsäure – besser bekannt unter der englischen Abkürzung DNA – ist die Trägerin unserer Erbinformation. Für Prof. Hendrik Dietz und Florian...

Im Focus: Fliegende Intensivstationen: Ultraschallgeräte in Rettungshubschraubern können Leben retten

Etwa 21 Millionen Menschen treffen jährlich in deutschen Notaufnahmen ein. Im Kampf zwischen Leben und Tod zählt für diese Patienten jede Minute. Wenn sie schon kurz nach dem Unfall zielgerichtet behandelt werden können, verbessern sich ihre Überlebenschancen erheblich. Damit Notfallmediziner in solchen Fällen schnell die richtige Diagnose stellen können, kommen in den Rettungshubschraubern der DRF Luftrettung und zunehmend auch in Notarzteinsatzfahrzeugen mobile Ultraschallgeräte zum Einsatz. Experten der Deutschen Gesellschaft für Ultraschall in der Medizin e.V. (DEGUM) schulen die Notärzte und Rettungsassistenten.

Mit mobilen Ultraschallgeräten können Notärzte beispielsweise innere Blutungen direkt am Unfallort identifizieren und sie bei Bedarf auch für Untersuchungen im...

Im Focus: Gigantische Magnetfelder im Universum

Astronomen aus Bonn und Tautenburg in Thüringen beobachteten mit dem 100-m-Radioteleskop Effelsberg Galaxienhaufen, das sind Ansammlungen von Sternsystemen, heißem Gas und geladenen Teilchen. An den Rändern dieser Galaxienhaufen fanden sie außergewöhnlich geordnete Magnetfelder, die sich über viele Millionen Lichtjahre erstrecken. Sie stellen die größten bekannten Magnetfelder im Universum dar.

Die Ergebnisse werden am 22. März in der Fachzeitschrift „Astronomy & Astrophysics“ veröffentlicht.

Galaxienhaufen sind die größten gravitativ gebundenen Strukturen im Universum, mit einer Ausdehnung von etwa zehn Millionen Lichtjahren. Im Vergleich dazu ist...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Wie Menschen wachsen

27.03.2017 | Veranstaltungen

Zweites Symposium 4SMARTS zeigt Potenziale aktiver, intelligenter und adaptiver Systeme

27.03.2017 | Veranstaltungen

Rund 500 Fachleute aus Wissenschaft und Wirtschaft diskutierten über technologische Zukunftsthemen

24.03.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Fließender Übergang zwischen Design und Simulation

27.03.2017 | HANNOVER MESSE

Industrial Data Space macht neue Geschäftsmodelle möglich

27.03.2017 | HANNOVER MESSE

Neue Sicherheitstechnik ermöglicht Teamarbeit

27.03.2017 | HANNOVER MESSE