Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Wie Hirnzellen mit Rechenregeln umgehen

19.01.2010
Neurobiologen der Universität Tübingen zeigen erstmals, wie Hirnzellen einfache Rechenregeln verarbeiten

Viele Situationen des Alltags erfordern Entscheidungen, die auf der Verarbeitung von Zahlen nach bestimmten Regeln beruhen. Wir wählen den Arbeitsplatz, der die beste Bezahlung verspricht, aber entscheiden uns beim Einkaufen für das Produkt mit dem niedrigsten Preis.

Flexible "Größer-als/ Kleiner-als"-Entscheidungen sind nicht nur die Voraussetzung für vernünftiges und zielgerichtetes Verhalten, sie legen auch den Grundstein für mathematische Operationen. Logische Aufgaben wie eben Größenvergleiche gehören deshalb zu den ersten Rechenoperationen, die Kinder in der Grundschule lernen. Neurobiologen der Universität Tübingen aus der Arbeitsgruppe von Prof. Dr. Andreas Nieder konnten nun erstmals zeigen, wie Gehirnzellen einfache mathematische Regeln verarbeiten. Die Arbeit wird in der Fachzeitschrift Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America (PNAS) online vorab veröffentlicht (Ausgabe 18.-24. Januar 2010).

Mengenvergleiche und Regelverständnis sind beim Menschen in sehr hoher Qualität ausgeprägt, ihre Fundamente sind aber bereits im Tierreich anzutreffen. Um herauszufinden, wie und wo im Gehirn Nervenzellen diese komplexen Aufgaben lösen, haben die Wissenschaftler des Instituts für Neurobiologie Rhesusaffen am Computer trainiert, Punktemengen nach Regeln zu vergleichen. War z.B. die "Größer als"-Regel ihre Aufgabe, mussten die Tiere eine Menge wählen, die mehr Punkte als die vorherige Vergleichsmenge zeigte. Im Falle der "kleiner als"-Regel sollte die kleinere Menge gewählt werden. Da sich sowohl die Größe der Vergleichsmenge als auch die Regel bei jedem Testdurchlauf zufällig ändern konnte, waren die Tiere gefordert, immer konzentriert mitzuarbeiten. Während die Tiere die Aufgaben lösten, fanden sich bei Messungen Gehirnzellen mit erstaunlichen Reaktionen im Bereich des Stirnhirns, dem so genannten Präfrontalkortex etwa im Bereich der Schläfen. Unabhängig davon, wie groß die zu vergleichenden Punktemengen waren, die Gehirnzellen konzentrierten sich offenbar ganz auf die Rechenregel: Die eine Hälfte der Nervenzellen wurde nur dann aktiv, wenn die Regel "größer als" zu befolgen war, die andere Hälfte der Gehirnzellen nur dann, wenn dem Tier die Regel "kleiner als" mitgeteilt worden war.

Mit der neuen Arbeit ergeben sich wertvolle Einblicke in die neurobiologischen Grundlagen höchst abstrakter Denkprozesse, wie sie für Rechenoperationen notwendig sind. "Es geht uns zunächst konkret darum, herauszufinden, wie Nervenzellen Zahlen und Rechenoperationen verarbeiten" erklärt Andreas Nieder, "wir benutzen unsere Untersuchungen über die Verarbeitung von Zahleninformation aber auch bewusst, um Zugang zu den komplexen Denkprozessen des Gehirns zu finden." Gerade die Großhirnrinde am vorderen Bereich des Kopfes stellt das höchste kognitive Steuerzentrum des Gehirns dar und bringt persönlichkeitsbildende geistige Funktionen hervor: So ist bekannt, dass Schädigungen des vorderen Stirnhirns (z.B. nach Schlaganfall oder Hirnverletzungen) zielgerichtetes logisches Denken und Schlussfolgern beeinträchtigen. Die neue Studie gibt wichtige Hinweise darauf, wie das gesunde Gehirn die Befolgung abstrakter Rechenregeln hervorbringt. Dies ist die Grundlage dafür, krankhafte Veränderungen im Umgang mit Zahlen und anderer abstrakter Information besser zu begreifen und langfristig Therapien zu entwickeln.

Originalveröffentlichung: Sylvia Bongard and Andreas Nieder: Basic mathematical rules are encoded by primate prefrontal cortex neurons. PNAS, Online Early Edition, Januar 18.-24., 2010. http://www.pnas.org/content/early/recent

Kontakt:

Prof. Dr. Andreas Nieder
Tierphysiologie, Institut für Neurobiologie, Universität Tübingen
Tel.: + 49 (0)7071 / 29 75347
E-mail: andreas.nieder@uni-tuebingen.de

Michael Seifert | idw
Weitere Informationen:
http://www.pnas.org/content/early/recent
http://www.uni-tuebingen.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Erster Atemzug prägt Immunsystem nachhaltig
22.02.2017 | CeMM Forschungszentrum für Molekulare Medizin der Österreichischen Akademie der Wissenschaften

nachricht Wie Proteine zueinander finden
21.02.2017 | Charité – Universitätsmedizin Berlin

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: Mehr Sicherheit für Flugzeuge

Zwei Entwicklungen am Lehrgebiet Rechnerarchitektur der FernUniversität in Hagen können das Fliegen sicherer machen: ein Flugassistenzsystem, das bei einem totalen Triebwerksausfall zum Einsatz kommt, um den Piloten ein sicheres Gleiten zu einem Notlandeplatz zu ermöglichen, und ein Assistenzsystem für Segelflieger, das ihnen das Erreichen größerer Höhen erleichtert. Präsentiert werden sie von Prof. Dr.-Ing. Wolfram Schiffmann auf der Internationalen Fachmesse für Allgemeine Luftfahrt AERO vom 5. bis 8. April in Friedrichshafen.

Zwei Entwicklungen am Lehrgebiet Rechnerarchitektur der FernUniversität in Hagen können das Fliegen sicherer machen: ein Flugassistenzsystem, das bei einem...

Im Focus: HIGH-TOOL unterstützt Verkehrsplanung in Europa

Forschung am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) unterstützt die Europäische Kommission bei der Verkehrsplanung: Anhand des neuen Modells HIGH-TOOL lässt sich bewerten, wie verkehrspolitische Maßnahmen langfristig auf Wirtschaft, Gesellschaft und Umwelt wirken. HIGH-TOOL ist ein frei zugängliches Modell mit Modulen für Demografie, Wirtschaft und Ressourcen, Fahrzeugbestand, Nachfrage im Personen- und Güterverkehr sowie Umwelt und Sicherheit. An dem nun erfolgreich abgeschlossenen EU-Projekt unter der Koordination des KIT waren acht Partner aus fünf Ländern beteiligt.

Forschung am Karlsruher Institut für Technologie (KIT) unterstützt die Europäische Kommission bei der Verkehrsplanung: Anhand des neuen Modells HIGH-TOOL lässt...

Im Focus: Zinn in der Photodiode: nächster Schritt zur optischen On-Chip-Datenübertragung

Schon lange suchen Wissenschaftler nach einer geeigneten Lösung, um optische Komponenten auf einem Computerchip zu integrieren. Doch Silizium und Germanium allein – die stoffliche Basis der Chip-Produktion – sind als Lichtquelle kaum geeignet. Jülicher Physiker haben nun gemeinsam mit internationalen Partnern eine Diode vorgestellt, die neben Silizium und Germanium zusätzlich Zinn enthält, um die optischen Eigenschaften zu verbessern. Das Besondere daran: Da alle Elemente der vierten Hauptgruppe angehören, sind sie mit der bestehenden Silizium-Technologie voll kompatibel.

Schon lange suchen Wissenschaftler nach einer geeigneten Lösung, um optische Komponenten auf einem Computerchip zu integrieren. Doch Silizium und Germanium...

Im Focus: Innovative Antikörper für die Tumortherapie

Immuntherapie mit Antikörpern stellt heute für viele Krebspatienten einen Erfolg versprechenden Ansatz dar. Weil aber längst nicht alle Patienten nachhaltig von diesen teuren Medikamenten profitieren, wird intensiv an deren Verbesserung gearbeitet. Forschern um Prof. Thomas Valerius an der Christian Albrechts Universität Kiel gelang es nun, innovative Antikörper mit verbesserter Wirkung zu entwickeln.

Immuntherapie mit Antikörpern stellt heute für viele Krebspatienten einen Erfolg versprechenden Ansatz dar. Weil aber längst nicht alle Patienten nachhaltig...

Im Focus: Durchbruch mit einer Kette aus Goldatomen

Einem internationalen Physikerteam mit Konstanzer Beteiligung gelang im Bereich der Nanophysik ein entscheidender Durchbruch zum besseren Verständnis des Wärmetransportes

Einem internationalen Physikerteam mit Konstanzer Beteiligung gelang im Bereich der Nanophysik ein entscheidender Durchbruch zum besseren Verständnis des...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Wunderwelt der Mikroben

22.02.2017 | Veranstaltungen

Der Lkw der Zukunft kommt ohne Fahrer aus

21.02.2017 | Veranstaltungen

Physikerinnen und Physiker diskutieren in Bremen über aktuelle Grenzen der Physik

21.02.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Neue Prozesstechnik für effizientes Bohren und Schneiden auf der LASER CHINA

22.02.2017 | Messenachrichten

IHP-Forschungsteam verbessert Zuverlässigkeit beim automatisierten Fahren

22.02.2017 | Automotive

Nanoinjektion steigert Überlebensrate von Zellen

22.02.2017 | Physik Astronomie