Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Fingerabdrücke von Hirnleistungen

15.02.2012
Neurowissenschaftler entdecken wichtige Zusammenhänge von Informationsverarbeitungsprozessen im Gehirn.

Jeder Oberstufenschüler muss abstrakte und hochkomplizierte Rechenaufgaben lösen. Für solche Aufgaben braucht er notwendigerweise die Kenntnisse der Grundrechenarten, die er in der Grundschule gelernt hat. Nach einem ähnlichen Prinzip arbeitet wahrscheinlich unser Gehirn, wenn es höhere Wahrnehmungs- und Verhaltensfähigkeiten ausführen soll, wie z.B. Nachdenken, Entscheiden oder Planen. Wenn wir eine Speisekarte lesen und überlegen, was wir essen wollen, vollzieht unser Gehirn verschiedene Grundrechnungen, bevor wir die endgültige Wahl treffen und die Bestellung aufgeben.

Am Centrum für Integrative Neurowissenschaften der Universität Tübingen haben Hirnforscher zusammen mit Kooperationspartnern entdeckt, dass Schwingungsmuster von Hirnwellen, die während der Informationsverarbeitung gemessen werden, wahrscheinlich „Fingerabdrücke“ von solchen Grundrechenarten des Gehirns sind.

„Kanonische neuronale Berechnungen“ nennt man die Informationsverarbeitungsprozesse im Gehirn, die sich in ähnlicher Weise bei ganz unterschiedlichen Wahrnehmungs- und Verhaltensprozessen zeigen und „Standardrechnungen“ unseres Gehirnes abbilden. Markus Siegel vom Werner Reichardt Centrum für Integrative Neurowissenschaften der Universität Tübingen untersucht zusammen mit seinen Partnern Tobias Donner aus Amsterdam und Andreas Engel aus Hamburg die Zusammenhänge von solchen kanonischen Berechnungen und den spezifischen Frequenzmustern von Hirnwellen, die durch Informationsverarbeitungsprozesse im Gehirn ausgelöst werden. Die Wissenschaftler haben in der renommierten Zeitschrift „Nature Reviews Neuroscience“ die Ergebnisse jahrelanger Forschung auf dem Gebiet des Zusammenspiels von großen Neuronennetzwerken reflektiert und bewertet (Nature Rev. Neuroscience Vol 13 No 2, February 2012). Sie schlagen darin vor, dass die spezifischen Frequenzmuster von Hirnwellen, auch Oszillationen genannt, „spektrale Fingerabdrücke“ von kanonischen neuronalen Berechnungen sind. Untersucht haben die Wissenschaftler diese Hypothese mit Hilfe von Elektroenzephalografie (EEG) und Magnetoenzephalografie (MEG). Während Versuchspersonen Entscheidungen treffen, wird ihre Gehirnaktivität mit EEG oder MEG gemessen. Bei der Anwendung des EEG wird die elektrische Aktivität des Gehirns durch die Spannungschwankungen an der Kopfoberfläche gemessen, wohingegen beim MEG die magnetische Aktivität des Gehirns aufgezeigt wird.

Der Vergleich ihrer eigenen Versuchsdaten und der Ergebnisse zahlreicher Kollegen der Oszillationsforschung, führte zu der Hypothese einer Korrelation der spektralen Fingerabdrücke mit kanonischen neuronalen Berechnungen. Veranschaulicht bedeutet dies, dass bei so verschiedenen Verhaltensvorgängen, wie z.B. der Betätigung eines Lichtschalters (motorische Aktivität) und der Wahrnehmung des angeschalteten Lichts (visuelle Aktivität), ähnliche spektrale Fingerabdrücke gemessen werden können, wenn diese Vorgänge mit ähnlichen kanonischen Berechnungen im Gehirn einhergehen.

Markus Siegel, der seit Juni 2010 am CIN arbeitet, ist fasziniert von dem Zusammenspiel der vielschichtigen Gehirnprozesse, die unsere höheren Hirnleistungen wie Denken, Entscheiden und Handeln letztendlich hervorbringen. Deshalb forscht er in seiner Arbeitsgruppe am CIN an dem Zusammenhang zwischen höheren Hirnleistungen, neuronalen Verarbeitungsprozessen und Oszillationsmustern. „Für mich eröffnen Oszillationen einen neuen Zugang zu den neuronalen Netzwerkmechanismen, die höheren Gehirnprozessen zu Grunde liegen“, so Siegel.

Diese Ergebnisse haben wichtige Auswirkungen auf die Erforschung von psychiatrischen Erkrankungen wie zum Beispiel Schizophrenie, Autismus und Multiple Sklerose. Viele basieren auf einer Störung jener neuronaler Netzwerke, die letztlich für die „kanonischen Berechnungen“ verantwortlich sind. Mit Ihrer Grundlagenforschung liefern die Wissenschaftler wichtige Weichenstellungen für das Verständnis und mögliche Therapieansätze für solche neurobiologischen Erkrankungen.

Kontakt:
Dr. Markus Siegel
Universität Tübingen
Werner Reichardt Centre for Integrative Neuroscience (CIN)
Otfried-Müller-Str.47
72076 Tübingen
Tel.: +49 7071 29-81200
markus.siegel [at] uni-tuebingen.de
www.cin.uni-tuebingen.de/research/siegel.php

Dr. Petra Heymann
Wissenschaftliche Koordinatorin
Werner Reichardt Centre for Integrative Neuroscience (CIN)
Paul-Ehrlich-Straße 17
72076 Tübingen
Tel.: +49 7071 29-89184
petra.heymann [at] cin.uni-tuebingen.de

Michael Seifert | idw
Weitere Informationen:
http://www.cin.uni-tuebingen.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Der Bluthochdruckschalter in der Nebenniere
20.02.2018 | Forschungszentrum Jülich GmbH

nachricht Markierung für Krebsstammzellen
20.02.2018 | Gesellschaft Deutscher Chemiker e.V.

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: Die Brücke, die sich dehnen kann

Brücken verformen sich, daher baut man normalerweise Dehnfugen ein. An der TU Wien wurde eine Technik entwickelt, die ohne Fugen auskommt und dadurch viel Geld und Aufwand spart.

Wer im Auto mit flottem Tempo über eine Brücke fährt, spürt es sofort: Meist rumpelt man am Anfang und am Ende der Brücke über eine Dehnfuge, die dort...

Im Focus: Eine Frage der Dynamik

Die meisten Ionenkanäle lassen nur eine ganz bestimmte Sorte von Ionen passieren, zum Beispiel Natrium- oder Kaliumionen. Daneben gibt es jedoch eine Reihe von Kanälen, die für beide Ionensorten durchlässig sind. Wie den Eiweißmolekülen das gelingt, hat jetzt ein Team um die Wissenschaftlerin Han Sun (FMP) und die Arbeitsgruppe von Adam Lange (FMP) herausgefunden. Solche nicht-selektiven Kanäle besäßen anders als die selektiven eine dynamische Struktur ihres Selektivitätsfilters, berichten die FMP-Forscher im Fachblatt Nature Communications. Dieser Filter könne zwei unterschiedliche Formen ausbilden, die jeweils nur eine der beiden Ionensorten passieren lassen.

Ionenkanäle sind für den Organismus von herausragender Bedeutung. Wenn zum Beispiel Sinnesreize wahrgenommen, ans Gehirn weitergeleitet und dort verarbeitet...

Im Focus: In best circles: First integrated circuit from self-assembled polymer

For the first time, a team of researchers at the Max-Planck Institute (MPI) for Polymer Research in Mainz, Germany, has succeeded in making an integrated circuit (IC) from just a monolayer of a semiconducting polymer via a bottom-up, self-assembly approach.

In the self-assembly process, the semiconducting polymer arranges itself into an ordered monolayer in a transistor. The transistors are binary switches used...

Im Focus: Erste integrierte Schaltkreise (IC) aus Plastik

Erstmals ist es einem Forscherteam am Max-Planck-Institut (MPI) für Polymerforschung in Mainz gelungen, einen integrierten Schaltkreis (IC) aus einer monomolekularen Schicht eines Halbleiterpolymers herzustellen. Dies erfolgte in einem sogenannten Bottom-Up-Ansatz durch einen selbstanordnenden Aufbau.

In diesem selbstanordnenden Aufbauprozess ordnen sich die Halbleiterpolymere als geordnete monomolekulare Schicht in einem Transistor an. Transistoren sind...

Im Focus: Quantenbits per Licht übertragen

Physiker aus Princeton, Konstanz und Maryland koppeln Quantenbits und Licht

Der Quantencomputer rückt näher: Neue Forschungsergebnisse zeigen das Potenzial von Licht als Medium, um Informationen zwischen sogenannten Quantenbits...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Digitalisierung auf dem Prüfstand: Hochkarätige Konferenz zu Empowerment in der agilen Arbeitswelt

20.02.2018 | Veranstaltungen

Aachener Optiktage: Expertenwissen in zwei Konferenzen für die Glas- und Kunststoffoptikfertigung

19.02.2018 | Veranstaltungen

Konferenz "Die Mobilität von morgen gestalten"

19.02.2018 | Veranstaltungen

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

Highlight der Halbleiter-Forschung

20.02.2018 | Physik Astronomie

Wie verbessert man die Nahtqualität lasergeschweißter Textilien?

20.02.2018 | Materialwissenschaften

Der Bluthochdruckschalter in der Nebenniere

20.02.2018 | Biowissenschaften Chemie

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