Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Was haben menschliches Gehirn und Wirtschaftsbetriebe gemeinsam?

13.09.2000


Dynamische Netzwerkstrukturen im Zentralen Nervensystem

Aus der Forschung

Privatwirtschaftliche und öffentliche Betriebe werden zunehmend umorganisiert. Hierarchisch geordneten Ebenen werden durch netzwerkartige Strukturen ersetzt, um auf veränderte Anforderungen des Wirtschaftslebens schneller und effektiver reagieren zu können.
Als Modell dafür könnte ein Teil des Zentralen Nervensystems (ZNS) dienen. Am Institut für Physiologie des Fachbereichs Humanmedizin der FU Berlin/UKBF wird in der AG Neurovegetative Regulationen (Leitung Prof. Dr. med. Peter Langhorst) seit vielen Jahren die Formatio reticularis des Hirnstamms intensiv untersucht. Lange Zeit galt diese Hirnstammregion als Nervennetz mit unspezifischer Organisation. Die FU-Forscher fanden heraus, dass es sich um ein dynamisch organisiertes Netzwerk handelt. Aus den umfangreichen Analysen der Informationsverarbeitung im Gehirn hat die Arbeitsgruppe Prinzipien dynamischer Organisation abgeleitet und jetzt modellhaft auf nicht biologische Bereiche, zum Beispiel auf Betriebsorganisation, übertragen und mit getesteten Betriebsumorganisationen verglichen.
Die Neurowissenschaftler schlagen nun - wenn auch noch mit wissenschaftlicher Vorsicht - dynamische Netzwerke als Modelle für Umstrukturierungen von Betrieben und anderen gesellschaftlichen Systemen vor.
Die Arbeit wurde jetzt von Dr. Ing. Manfred Lambertz (FU) gemeinsam mit dem Betriebswirt Karl-Heinz Grzenia (Vorstand EBG Gesellschaft für Elektromagnetische Werkstoffe mbH, Bochum) in der "Zeitschrift für Betriebswirtschaft" (s.u.) publiziert.

Die Formatio reticularis ist eine der wichtigsten "Schaltzentralen" des ZNS. Ständig werden hier eingehende Informationen aus dem Körper und aus der Umgebung aufgenommen und verarbeitet. Sie reguliert und koordiniert viele lebenswichtige Funktionssysteme wie Kreislauf, Atmung, Muskelspannung, deren unmittelbare Reaktion auf Zustandsänderungen und die Aufmerksamkeit des Gehirns im Schlaf und im Wachsein. Zusätzlich beeinflusst diese Hirnstammregion Wahrnehmung und komplexe Gehirnfunktionen wie Lernen und Erinnerung. Dafür stehen erstaunlich wenig Neurone (Nervenzellen) zur Verfügung. Während die Zahl für das gesamte menschliche Gehirn auf 25 Milliarden geschätzt wird, sind es in der Formatio reticularis vermutlich nur zwei Millionen. Deren Nervenzellen haben besonders weit verzweigte Fortsätze (Dendriten) mit vielen Kontaktstellen, an denen Signale auf die Nervenzelle übertragen werden (Synapsen). Die "Dendritenbäume" benachbarter Zellen überlappen sich. Empfängt nun ein Abschnitt dieser "Schaltzentrale" Signale zum Beispiel von einem Bein, stimmen die Informationen in den benachbarten Nervenzellen dieses Abschnittes sehr viel stärker überein als bei weiter auseinander liegenden Neuronen. Hinzu kommt die Flexibilität der einzelnen Neuronen - sie können zu einem bestimmten Zeitpunkt an der Kreislaufregulation, im nächsten Moment an der Atmungsregulation beteiligt sein. Dadurch bilden sich je nach Anforderung des Körpers und Zustand der Schaltzentrale immer neue, zeitlich begrenzte neuronale Untereinheiten ("Arbeitsgruppen") benachbarter Nervenzellen. Wegen dieser dynamischen Organisation (weil also in diesem Netzwerk keine festliegenden Zentren bestehen) wurde der morphologische Begriff "Formatio reticularis" durch die funktionelle Bezeichnung "Gemeinsames Hirnstammsystem" (GHS) ersetzt.
Die "AG Neurovegetative Regulationen" an der FU entwickelte Modellvorstellungen zur dynamischen, funktionellen Organisation des GHS und hat sie in Computersimulationen getestet. Daraus ergaben sich drei Grundtypen der Organisation:
* Bei Ruhe und entspanntem Wachsein ist die Aktivität aller GHS - Nervenzellen gering und im gesamten Netzwerk mehr einheitlich organisiert, das GHS ist in diesem Zustand nicht in "Arbeitsgruppen" unterteilt.
* Muss sich der Organismus an bestimmte Leistungen anpassen, werden die Aktivitäten benachbarter Nervenzellen durch ankommende Signale gekoppelt. Je nach Art der empfangenen Informationen aus dem Körper ändern sich die aktuellen Kopplungsgruppen.
* In Notfallsituationen, bei Schmerzen und bei Informationen über Sauerstoffmangel oder stark erhöhtes Kohlendioxid im Blut, sind die GHS - Nervenzellen wie im Ruhezustand nicht gekoppelt, aber insgesamt sehr aktiv.
Organisation und Dynamik des Netzwerks GHS werden demnach von Informationen bestimmt. Netzwerktypisch ist der ständige wechselseitige Informationsaustausch zwischen der Schaltzentrale und allen Orten des Systems sowie der Nervenzellen mit den ablaufenden Prozessen im gesamten Organismus. Die Grundlage für eine dynamische Netzwerkorganisation bilden nach den Erkenntnissen der Neurowissenschaftler "lokale operationale Einheiten", wie sie im GHS durch die aktuellen Kopplungen benachbarter Nervenzellen entstehen. Je nach Anforderung sind die Einheiten unterschiedlich groß, und die einzelnen Elemente (= Nervenzellen) können verschiedenen operationalen Einheiten angehören. Sie übernehmen zeitlich begrenzt bestimmte Aufgaben. Die flexible Reaktionsfähigkeit ist dann möglich, wenn die Elemente wenig spezialisiert sind und über Grundinformationen aller Abläufe verfügen, an denen sie beteiligt sein können. Ruhephasen werden für den Informationsaustausch und die Reorganisation innerhalb des Netzwerkes genutzt.

In einem mittelständischen Industriebetrieb wurde die traditionelle, steile Betriebsstruktur mit vielen Hierarchieebenen schrittweise in eine flache, prozessorientierte Netzwerkstruktur umgewandelt. Die bislang getrennten Abteilungen (zum Beispiel Vertriebsdisposition, Logistik) hatten eine ebenso getrennte Informationsverwaltung. Die unterschiedlichen Kenntnisse betrieblicher Abläufe führten zu Verzögerungen und Fehlern. Mit einem computerbasierten Informationsnetz, dass gleichberechtigt alle Mitarbeiter schnell mit internen und externen Informationen versorgte, konnten die Mängel beseitigt werden. Die folgenden Strukturveränderungen führten zu einem nach Marktsegmenten unterteilten Außendienst. Im Innendienst wurden kleine multifunktionale Arbeitsgruppen eingerichtet und den Marktsegmenten und Außendienstmitarbeitern zugeordnet. Innerhalb und zwischen den Arbeitsgruppen werden nun die Informationen schnell ausgetauscht. Das ermöglichte zum einen rasche Entscheidungen, zum anderen können sich Kollegen bei Krankheit und Urlaub gegenseitig vertreten. Auch die Aufgaben der Außendienstmitarbeiter können kurzfristig vom Innendienst übernommen werden.
An dem praktischen Beispiel wird erkennbar, welche Bedingungen die dynamische Organisation begünstigen. Hirnstammsystem und Industriebetrieb stimmen in diesem Sinne in vielen Punkten überein. Besonders, wenn ein System auf nicht vorhersehbare Veränderungen reagieren muss, bieten sich variable Lösungen an. Ist das nicht der Fall, können optimierte feste Strukturen der dynamischen Organisationen überlegen sein.
Deshalb betonen die Wissenschaftler, dass die Kenntnisse biologischer Systeme nicht ohne Einschränkungen auf betriebliche oder soziale Strukturen übertragbar sind. Vielmehr sollen sie als Anregung und Diskussionsgrundlage dienen. Vor allem in der relativ jungen Disziplin "Bionik" suchen Ingenieurwissenschaftler nach biologischen Lösungen technischer Probleme.

Ansprechpartner:
Dr. Ing. Manfred Lambertz
Institut für Physiologie
Universitätsklinikum Benjamin Franklin (UKBF)
Fachbereich Humanmedizin der FU Berlin
Arnimallee 22, 14195 Berlin
Tel.: (030) 8445-1682, Fax: -160284 E-Mail: lambertz@zedat.fu-berlin.de

Quelle:
M. Lambertz, K.-H. Grzenia, P. Langhorst:
"Prinzipien dynamischer Organisation - Netzwerkein Neurophysiologie und Betriebswirtschaftslehre"
in: Zeitschrift für Betriebswirtschaftslehre (Gabler-Verlag), Heft 9/2000, Seite 959 - 982
Gabler-Verlag Abraham-Lincoln-Straße 46, 65189 Wiesbaden Tel.: (0611) 7878-0

Bei Rückfragen wenden Sie sich gerne direkt an Dr. Lambertz
Abdruck bzw. Verwendung frei
Belegexemplare erbeten an
MWM-Vermittlung/UKBF-Pressestelle
Kirchweg 3 B, 14129 Berlin
Tel.: (030) 803 96 86; Fax: 803 96 87
E-Mail: ukbf@mwm-vermittlung.de

Weitere Informationen finden Sie im WWW:

Dipl.Pol. Justin Westhoff, UKBF-Pressestelle |

Weitere Berichte zu: Anforderung GHS Hirnstammregion Nervenzelle

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Wie Reize auf dem Weg ins Bewusstsein versickern
22.09.2017 | Rheinische Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn

nachricht Lebendiges Gewebe aus dem Drucker
22.09.2017 | Universitätsklinikum Freiburg

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: The pyrenoid is a carbon-fixing liquid droplet

Plants and algae use the enzyme Rubisco to fix carbon dioxide, removing it from the atmosphere and converting it into biomass. Algae have figured out a way to increase the efficiency of carbon fixation. They gather most of their Rubisco into a ball-shaped microcompartment called the pyrenoid, which they flood with a high local concentration of carbon dioxide. A team of scientists at Princeton University, the Carnegie Institution for Science, Stanford University and the Max Plank Institute of Biochemistry have unravelled the mysteries of how the pyrenoid is assembled. These insights can help to engineer crops that remove more carbon dioxide from the atmosphere while producing more food.

A warming planet

Im Focus: Hochpräzise Verschaltung in der Hirnrinde

Es ist noch immer weitgehend unbekannt, wie die komplexen neuronalen Netzwerke im Gehirn aufgebaut sind. Insbesondere in der Hirnrinde der Säugetiere, wo Sehen, Denken und Orientierung berechnet werden, sind die Regeln, nach denen die Nervenzellen miteinander verschaltet sind, nur unzureichend erforscht. Wissenschaftler um Moritz Helmstaedter vom Max-Planck-Institut für Hirnforschung in Frankfurt am Main und Helene Schmidt vom Bernstein-Zentrum der Humboldt-Universität in Berlin haben nun in dem Teil der Großhirnrinde, der für die räumliche Orientierung zuständig ist, ein überraschend präzises Verschaltungsmuster der Nervenzellen entdeckt.

Wie die Forscher in Nature berichten (Schmidt et al., 2017. Axonal synapse sorting in medial entorhinal cortex, DOI: 10.1038/nature24005), haben die...

Im Focus: Highly precise wiring in the Cerebral Cortex

Our brains house extremely complex neuronal circuits, whose detailed structures are still largely unknown. This is especially true for the so-called cerebral cortex of mammals, where among other things vision, thoughts or spatial orientation are being computed. Here the rules by which nerve cells are connected to each other are only partly understood. A team of scientists around Moritz Helmstaedter at the Frankfiurt Max Planck Institute for Brain Research and Helene Schmidt (Humboldt University in Berlin) have now discovered a surprisingly precise nerve cell connectivity pattern in the part of the cerebral cortex that is responsible for orienting the individual animal or human in space.

The researchers report online in Nature (Schmidt et al., 2017. Axonal synapse sorting in medial entorhinal cortex, DOI: 10.1038/nature24005) that synapses in...

Im Focus: Tiny lasers from a gallery of whispers

New technique promises tunable laser devices

Whispering gallery mode (WGM) resonators are used to make tiny micro-lasers, sensors, switches, routers and other devices. These tiny structures rely on a...

Im Focus: Wundermaterial Graphen: Gewölbt wie das Polster eines Chesterfield-Sofas

Graphen besitzt extreme Eigenschaften und ist vielseitig verwendbar. Mit einem Trick lassen sich sogar die Spins im Graphen kontrollieren. Dies gelang einem HZB-Team schon vor einiger Zeit: Die Physiker haben dafür eine Lage Graphen auf einem Nickelsubstrat aufgebracht und Goldatome dazwischen eingeschleust. Im Fachblatt 2D Materials zeigen sie nun, warum dies sich derartig stark auf die Spins auswirkt. Graphen kommt so auch als Material für künftige Informationstechnologien infrage, die auf der Verarbeitung von Spins als Informationseinheiten basieren.

Graphen ist wohl die exotischste Form von Kohlenstoff: Alle Atome sind untereinander nur in der Ebene verbunden und bilden ein Netz mit sechseckigen Maschen,...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

11. BusinessForum21-Kongress „Aktives Schadenmanagement"

22.09.2017 | Veranstaltungen

Internationale Konferenz zum Biomining ab Sonntag in Freiberg

22.09.2017 | Veranstaltungen

Die Erde und ihre Bestandteile im Fokus

21.09.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

11. BusinessForum21-Kongress „Aktives Schadenmanagement"

22.09.2017 | Veranstaltungsnachrichten

DFG bewilligt drei neue Forschergruppen und eine neue Klinische Forschergruppe

22.09.2017 | Förderungen Preise

Lebendiges Gewebe aus dem Drucker

22.09.2017 | Biowissenschaften Chemie