Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Das soziale Netzwerk im Gehirn: Nervenzellen kommunizieren wie Freunde bei Facebook

05.02.2015

Neurone im Gehirn sind wie ein soziales Netzwerk miteinander verbunden. Das berichten Forschende vom Biozentrum der Universität Basel. Jede Nervenzelle sei mit einer Vielzahl anderer Nervenzellen verbunden, doch die stärksten Bindungen bestünden zwischen den wenigen Zellen, die sich besonders ähneln. Die Ergebnisse der Studie sind in der Fachzeitschrift «Nature» veröffentlicht.

Nervenzellen bilden ein komplexes Geflecht aus Verbindungen, den Synapsen, von denen es bis zu mehrere tausend pro Zelle gibt. Doch nicht alle dieser synaptischen Verbindungen sind gleich: Die grosse Mehrheit ist schwach, nur sehr wenige sind stark.


Ein neuronales Netzwerk funktioniert wie ein soziales Netzwerk: Die stärksten Bindungen sind zwischen gleichgesinnten Partnern.

„Wir wollten herausfinden, ob es Regeln dafür gibt, wie sich Nervenzellen zu komplexen Netzwerken mit Millionen anderer Nervenzellen verbinden", so Professor Thomas Mrsic-Flogel, Leiter des Forschungsteams am Biozentrum, Universität Basel und dem UCL (University College London). „Es hat sich herausgestellt, dass eine dieser Regeln sehr einfach ist: Gleichgesinnte Neuronen sind stark miteinander gekoppelt, während Neuronen, die sich unterschiedlich verhalten, nur schwache oder gar keine Verbindungen haben."

Starke Verbindungen zwischen engen Freunden

Die Forscher konzentrierten sich bei ihrer Studie auf ein bestimmtes Gebiet der Hirnrinde, das Informationen aus dem Auge empfängt und zur visuellen Wahrnehmung führt. Neuronen in diesem Teil des Gehirns reagieren auf spezielle visuelle Muster, jedoch ist es schwierig zu entschlüsseln, welche Zellen miteinander verbunden sind, da sie zu vielen Tausenden dicht beieinander liegen (knapp 100.000 pro Kubikmillimeter).

Mit einer Kombination aus hochauflösenden Bildgebungsverfahren und empfindlichen elektrischen Messungen fanden die Forscher heraus, dass die Verbindungen zwischen benachbarten Neuronen wie ein soziales Netzwerk organisiert sind. In sozialen Netzwerken wie Facebook stehen wir mit einer großen Anzahl von Bekannten in Kontakt. Der Kreis enger Freunde jedoch ist um ein Vielfaches kleiner. Dies sind in der Regel gerade die Freunde, mit denen wir die meisten Gemeinsamkeiten haben und deren Meinung uns wichtiger ist als die aller anderen.

„Die schwachen Kontakte im Gehirn haben kaum Bedeutung, obwohl sie in der Mehrheit sind", erklärt Mrsic-Flogel. „Die wenigen starken Verbindungen zwischen Neuronen mit ähnlicher Funktion hingegen haben den stärksten Einfluss auf die Aktivität ihrer Partner. Dieses Zusammenspiel könnte ihnen helfen, bestimmte Informationen der Aussenwelt zu verstärken. "

Schwache Verbindungen könnten für Lernprozesse wichtig sein

Aber warum existieren so viele dieser schwachen Verbindungen zwischen Nervenzellen? „Wir nehmen an, dass dies mit Lernprozessen zu tun haben könnte", sagt Dr. Lee Cossell, einer der Erstautoren der Studie. „Wenn Neuronen ihr Verhalten ändern müssen, stehen schwache Verbindungen bereits zur Verfügung, um zu starken Verbindungen ausgebaut werden zu können. Möglicherweise wird so schnelle Plastizität im Gehirns gewährleistet." Folglich kann sich das Gehirn schneller an Veränderungen in der Umwelt anpassen.

Die Studie reiht sich in das weltweite Bemühen vieler Wissenschaftler ein, durch das Kartieren des neuronalen Schaltplans besser zu verstehen, wie das Gehirn Wahrnehmungen, Gedanken und Handlungen hervorbringt. „Die Ergebnisse zeigen, wie Neuronen im Netzwerk miteinander interagieren, um Informationen zu verarbeiten. Dieses Wissen ebnet den Weg, um genaue Computersimulationen des Gehirns zu erstellen", sagt Mrsic-Flogel. Darüber hinaus ist die Erforschung der Verschaltungen von Nervenzellen auch für das Verständnis neurologischer Krankheiten bedeutend. „Wenn wir wissen, wie das Muster der Verbindungen im gesunden Gehirn aussehen sollte, dann können wir auch anfangen herauszufinden, was beispielsweise bei Schizophrenie oder Autismus falsch läuft", so Mrsic-Flogel.

Originalartikel
Lee Cossell, Maria Florencia Iacaruso, Dylan R. Muir, Rachael Houlton, Elie N. Sader, Ho Ko, Sonja B. Hofer, Thomas D. Mrsic-Flogel: Functional organization of excitatory synaptic strength in primary visual cortex. Nature, published online 4 February 2015.

Weitere Auskünfte
Thomas D. Mrsic-Flogel, Departement Biozentrum, Universität Basel, Tel.+41 61 267 17 66, E-Mail: thomas.mrsic-flogel@unibas.ch

Heike Sacher | Universität Basel
Weitere Informationen:
http://www.unibas.ch

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Biologischer Lichtsensor in Aktion gefilmt
15.06.2018 | Paul Scherrer Institut (PSI)

nachricht Belohnung fürs Gehirn
15.06.2018 | Max-Planck-Institut für Biologie des Alterns

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: AchemAsia 2019 in Shanghai

Die AchemAsia geht in ihr viertes Jahrzehnt und bricht auf zu neuen Ufern: Das International Expo and Innovation Forum for Sustainable Chemical Production findet vom 21. bis 23. Mai 2019 in Shanghai, China statt. Gleichzeitig erhält die Veranstaltung ein aktuelles Profil: Die elfte Ausgabe fokussiert auf Themen, die für Chinas Prozessindustrie besonders relevant sind, und legt den Schwerpunkt auf Nachhaltigkeit und Innovation.

1989 wurde die AchemAsia als Spin-Off der ACHEMA ins Leben gerufen, um die Bedürfnisse der sich damals noch entwickelnden Iindustrie in China zu erfüllen. Seit...

Im Focus: AchemAsia 2019 will take place in Shanghai

Moving into its fourth decade, AchemAsia is setting out for new horizons: The International Expo and Innovation Forum for Sustainable Chemical Production will take place from 21-23 May 2019 in Shanghai, China. With an updated event profile, the eleventh edition focusses on topics that are especially relevant for the Chinese process industry, putting a strong emphasis on sustainability and innovation.

Founded in 1989 as a spin-off of ACHEMA to cater to the needs of China’s then developing industry, AchemAsia has since grown into a platform where the latest...

Im Focus: Li-Fi erstmals für das industrielle Internet der Dinge getestet

Mit einer Abschlusspräsentation im BMW Werk München wurde das BMBF-geförderte Projekt OWICELLS erfolgreich abgeschlossen. Dabei wurde eine Li-Fi Kommunikation zu einem mobilen Roboter in einer 5x5m² Fertigungszelle demonstriert, der produktionsübliche Vorgänge durchführt (Teile schweißen, umlegen und prüfen). Die robuste, optische Drahtlosübertragung beruht auf räumlicher Diversität, d.h. Daten werden von mehreren LEDs und mehreren Photodioden gleichzeitig gesendet und empfangen. Das System kann Daten mit mehr als 100 Mbit/s und fünf Millisekunden Latenz übertragen.

Moderne Produktionstechniken in der Automobilindustrie müssen flexibler werden, um sich an individuelle Kundenwünsche anpassen zu können. Forscher untersuchen...

Im Focus: First real-time test of Li-Fi utilization for the industrial Internet of Things

The BMBF-funded OWICELLS project was successfully completed with a final presentation at the BMW plant in Munich. The presentation demonstrated a Li-Fi communication with a mobile robot, while the robot carried out usual production processes (welding, moving and testing parts) in a 5x5m² production cell. The robust, optical wireless transmission is based on spatial diversity; in other words, data is sent and received simultaneously by several LEDs and several photodiodes. The system can transmit data at more than 100 Mbit/s and five milliseconds latency.

Modern production technologies in the automobile industry must become more flexible in order to fulfil individual customer requirements.

Im Focus: ALMA entdeckt Trio von Baby-Planeten rund um neugeborenen Stern

Neuartige Technik, um die jüngsten Planeten in unserer Galaxis zu finden

Zwei unabhängige Astronomenteams haben mit ALMA überzeugende Belege dafür gefunden, dass sich drei junge Planeten im Orbit um den Säuglingsstern HD 163296...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Künstliche Intelligenz – Schafft der Mensch seine Arbeit ab?

15.06.2018 | Veranstaltungen

Internationale Konferenz zur Asteroidenforschung in Garching

13.06.2018 | Veranstaltungen

Meteoriteneinschläge und Spektralfarben: HITS bei Explore Science 2018

11.06.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

EMAG auf der AMB: Hochproduktive Lösungen für die vernetzte Automotive-Produktion

15.06.2018 | Messenachrichten

AchemAsia 2019 in Shanghai

15.06.2018 | Messenachrichten

Dem Fettfinger zu Leibe rücken: Neuer Nanolack soll Antifingerprint-Oberflächen schaffen

15.06.2018 | Materialwissenschaften

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics