Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Hochflexibel trotz fester Verschaltung – schon leichte Reize ändern den Informationsfluss im Gehirn

26.03.2012
Ein Kelch oder zwei Gesichter?

Was wir in einer der bekanntesten optischen Illusionen zu sehen glauben, wechselt in Sekundenbruchteilen; und damit auch der Weg, den die Information im Gehirn nimmt.


Gesichter oder Vase? Weil Netzwerke im Gehirn sehr schnell ihre Organisation ändern können, nehmen wir unterschiedliche Bildelemente wahr.
Bild: Demian Battaglia/MPI für Dynamik u. Selbstorganisation

Wie dies möglich ist, ohne die zellulären Verknüpfungen des Netzwerks zu ändern, konnten Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für Dynamik und Selbstorganisation, des Bernstein Zentrums Göttingen und des Deutschen Primatenzentrums in einer theoretischen Studie zeigen. Je nachdem, in welchem zeitlichen Muster Hirnareale kommunizieren, ändert sich der Informationsfluss. Um dessen Umorganisation auszulösen, genügt bereits ein leichter Reiz, etwa ein Duft oder Ton, zur rechten Zeit.

Wie Gehirnareale miteinander verschaltet sind, spielt bei der Informationsverarbeitung eine wichtige Rolle. Durch den Auf- und Abbau der Nervenverbindungen zwischen Hirnarealen kann diese Verarbeitung verändert werden. Doch solche Vorgänge sind viel zu langsam, um schnelle Veränderungen in der Wahrnehmung zu erklären. Aus experimentellen Studien weiß man, dass die verantwortlichen Prozesse mindestens zwei Größenordnungen schneller sein müssen. Die Göttinger Wissenschaftler zeigen nun erstmals anhand von Computersimulationen, dass es möglich ist, in einem fest verschalteten Netzwerk den Informationsfluss auf einfache Weise zu verändern.

Viele Hirnareale zeigen regelmäßige Nervenzellaktivität. „Die interagierenden Hirnbereiche verhalten sich wie Metronome, die mit der gleichen Geschwindigkeiten und in einem bestimmten zeitlichen Muster schlagen“, erklärt der Physiker und Leiter der Studie Dr. Demian Battaglia. Die Forscher konnten nun zeigen, dass dieses Muster den Informationsfluss bestimmt. „Beeinflusst man eines der Metronome, etwa durch einen äußeren Reiz, schlägt es danach mit einer anderen Geschwindigkeit oder in einem veränderten zeitlichen Muster mit den anderen Metronomen. Die anderen Areale stellen sich durch Selbstorganisationsprozesse darauf ein und spielen selbst in einem neuen Rhythmus. Darum genügt es, im Netzwerk eines der Areale zu beeinflussen, um die Funktionsweise des Netzwerks vollständig zu verändern“, sagt Battaglia.

Der äußere Einfluss muss nicht besonders groß sein. „Wichtiger ist, dass der ‚Kick’ genau zum richtigen Zeitpunkt im Rhythmus erfolgt“, erklärt Battaglia. Der Prozess könnte in der Wahrnehmung von wesentlicher Bedeutung sein: „Wir sind darauf gepolt, in einem Bild möglichst schnell Gesichter zu erkennen, selbst wenn da keine sind. Wenn aber ein Duft an Wein erinnert, sehen wir sofort den Kelch im Bild. Dadurch können wir uns auch schnell auf Dinge einstellen, die wir nicht erwartet haben, indem wir den Fokus unserer Aufmerksamkeit verschieben“, erläutert der Göttinger Forscher.

Als nächstes möchten die Wissenschaftler das Modell an anatomisch realistischeren Netzwerken testen. Außerdem erhoffen sie sich, dass davon auch experimentelle Studien inspiriert werden, wie Battaglia meint: „Es wäre fantastisch, wenn in einigen Jahren einzelne Bereiche im Gehirn so fein und exakt stimuliert werden können, dass die von uns theoretisch vorhergesagten Effekte durch bildgebende Verfahren messbar werden.“

Das Bernstein Zentrum Göttingen ist Teil des Nationalen Bernstein Netzwerks Computational Neuroscience (NNCN). Das NNCN wurde vom BMBF mit dem Ziel gegründet, die Kapazitäten im Bereich der neuen Forschungsdisziplin Computational Neuroscience zu bündeln, zu vernetzen und weiterzuentwickeln. Das Netzwerk ist benannt nach dem deutschen Physiologen Julius Bernstein (1835-1917).

Original-Veröffentlichung:
Battaglia D, Witt A, Wolf F, Geisel T (2012): Dynamic effective connectivity of inter-areal brain circuits. PLoS Comp Biol, 10.1371/journal.pcbi.1002438 http://www.ploscompbiol.org/article/info%3Adoi%2F10.1371%2Fjournal.pcbi.1002438
Weitere Informationen erteilt Ihnen gerne:
Dr. Demian Battaglia
demian@nld.ds.mpg.de
Tel: +49 551 5176 405
Max-Planck-Institut für Dynamik und Selbstorganisation und
Bernstein Zentrum Computational Neuroscience Göttingen
Am Faßberg 17
37077 Göttingen
Weitere Informationen:
http://www.bccn-goettingen.de Bernstein Zentrum Göttingen
http://www.ds.mpg.de Max-Planck-Institut für Dynamik und Selbstorganisation
http://www.nncn.de Nationales Bernstein Netzwerk Computational Neuroscience
http://www.mpg.de Max-Planck-Gesellschaft
http://www.dpz.eu Deutsches Primatenzentrum GmbH – Leibniz-Institut für Primatenforschung

Johannes Faber | idw
Weitere Informationen:
http://www.nncn.de/

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Besser lernen dank Zink?
23.03.2017 | Gesellschaft Deutscher Chemiker e.V.

nachricht Raben: "Junggesellen" leben in dynamischen sozialen Gruppen
23.03.2017 | Universität Wien

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: 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...

Im Focus: Giant Magnetic Fields in the Universe

Astronomers from Bonn and Tautenburg in Thuringia (Germany) used the 100-m radio telescope at Effelsberg to observe several galaxy clusters. At the edges of these large accumulations of dark matter, stellar systems (galaxies), hot gas, and charged particles, they found magnetic fields that are exceptionally ordered over distances of many million light years. This makes them the most extended magnetic fields in the universe known so far.

The results will be published on March 22 in the journal „Astronomy & Astrophysics“.

Galaxy clusters are the largest gravitationally bound structures in the universe. With a typical extent of about 10 million light years, i.e. 100 times the...

Im Focus: Auf der Spur des linearen Ubiquitins

Eine neue Methode ermöglicht es, den Geheimcode linearer Ubiquitin-Ketten zu entschlüsseln. Forscher der Goethe-Universität berichten darüber in der aktuellen Ausgabe von "nature methods", zusammen mit Partnern der Universität Tübingen, der Queen Mary University und des Francis Crick Institute in London.

Ubiquitin ist ein kleines Molekül, das im Körper an andere Proteine angehängt wird und so deren Funktion kontrollieren und verändern kann. Die Anheftung...

Im Focus: Tracing down linear ubiquitination

Researchers at the Goethe University Frankfurt, together with partners from the University of Tübingen in Germany and Queen Mary University as well as Francis Crick Institute from London (UK) have developed a novel technology to decipher the secret ubiquitin code.

Ubiquitin is a small protein that can be linked to other cellular proteins, thereby controlling and modulating their functions. The attachment occurs in many...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Lebenswichtige Lebensmittelchemie

23.03.2017 | Veranstaltungen

Die „Panama Papers“ aus Programmierersicht

22.03.2017 | Veranstaltungen

Über Raum, Zeit und Materie

22.03.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Besser lernen dank Zink?

23.03.2017 | Biowissenschaften Chemie

Lebenswichtige Lebensmittelchemie

23.03.2017 | Veranstaltungsnachrichten

Innenraum-Ortung für dynamische Umgebungen

23.03.2017 | Architektur Bauwesen