Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Visuelle Verarbeitung im Gehirn wird durch reduziertes Rauschen verbessert

05.11.2013
Eine gemeinschaftliche Studie des DPZ hat Änderungen der Variabilität in der Hirnaktivität nachgewiesen, die die Verarbeitung wichtiger und für einen Organismus interessanter Signale in einer für visuelle Aufmerksamkeit wichtigen Hirnregion verbessert

Neurowissenschaftler Suresh Krishna aus der Abteilung Kognitive Neurowissenschaften des Deutschen Primatenzentrum (DPZ) in Göttingen hat in Zusammenarbeit mit Annegret Falkner und Michael Goldberg von der Columbia University, New York nachgewiesen, in welchem Maße einzelne Neurone in einer wichtigen Hirnregion des Rhesusaffen weniger variabel reagieren, wenn sie wichtige visuelle Informationen verarbeiten, während die Tiere Augenbewegungen ausführen.


Die Abbildung zeigt ein sogenanntes LIP-Valley.
Falkner et al. 2013

Diese Rauschreduktion kann die Wahrnehmungsstärke von beobachteten oder wichtigen Aspekten unserer visuellen Umwelt verbessern und fällt noch stärker aus, je motivierter die Tiere sind, die Aufgabe auszuführen.

Wenn ein Mensch das gleiche Objekt oft hintereinander sieht, zum Beispiel einen auf und ab hüpfenden Jojo, ist die Reaktion seiner Neuronen auf den optischen Reiz jedes Mal unterschiedlich; man nennt diese Variabilität „neuronales Rauschen“. Das Gleiche gilt für Rhesusaffen, deren visuelles System dem menschlichen sehr ähnlich ist. Diese Variabilität reduziert oft unsere Fähigkeit, ein schemenhaftes Objekt zu sehen oder einen undeutlichen Laut zu hören. Andererseits profitieren wir von variablen Nervenaktivitäten, weil sie ein essentieller Bestandteil entdeckenden Lernens sind und nötig für unvorhersagbares Verhalten beim körperlichen Wettbewerb.

Trotz dieser Bedeutsamkeit ist die Variabilität der Neuronen noch kaum erforscht. Neurowissenschaftler Suresh Krishna vom DPZ und seine Kollegen Annegret Falkner und Michael Goldberg von der Columbia University in New York haben die Reaktionen einzelner Neuronen im lateralen intraparietalen Kortex (LIP) im Gehirn von Rhesusaffen untersucht, während die Tiere die Augen bewegten, um verschiedene Stellen eines Monitors zu fokussieren. LIP ist eine Hirnregion, die eine große Rolle bei visueller Aufmerksamkeit und aktivem Erforschen mit den Augen spielt. Um die Hirnaktivität einzelner Neuronen zu messen, führten die Neurowissenschaftler haarfeine Elektroden in das Gehirn des Makaken ein und zeichneten die Aktivität auf. Da das Gehirn nicht schmerzempfindlich ist, verursachen die Elektroden den Rhesusaffen keine Schmerzen.

Suresh Krishna und seine Kollegen konnten in der Studie zeigen, dass die Aktivität der LIP-Neurone weniger variabel wird, wenn der Rhesusaffe eine Aufgabe plant und Augenbewegungen durchführt. Die Verringerung der Variabilität war besonders stark dort, wo der Affe genau hinzuschauen plante, und wenn er hoch motiviert war, die Aufgabe zu erfüllen. Die Neuronen produzieren also eine „Talsohle“ reduzierter Variabilität, die sich um die relevanten und interessanten Aspekte einer visuellen Szene bildet. Dies dürfte dem Gehirn helfen, die wichtigsten Aspekte aus allen Sinneseindrücken, die über das Auge einströmen, zu filtern. Die Wissenschaftler haben ein einfaches mathematisches Modell entwickelt, das diese Muster in den aufgezeichneten Daten beschreibt. Das Modell könnte sich auch als hilfreich für die Analyse von Daten aus anderen Hirnregionen erweisen.

„Unsere Studie ist eine der detailliertesten Beschreibungen neuronaler Variabilität im Gehirn. Sie bietet interessante Einblicke in so faszinierende Hirnfunktionen wie die Fokussierung visueller Aufmerksamkeit und die Kontrolle der Augenbewegungen während des aktiven Beobachtens visueller Szenen. Diese Talsohle der Variabilität, die wir entdeckt haben, könnte Tieren und Menschen helfen, mit ihrer komplexen Umwelt zu interagieren“, erläutert Suresh Krishna die Ergebnisse.

Originalpublikation
Annegret L. Falkner, Michael E. Goldberg and B. Suresh Krishna: Spatial Representation and Cognitive Modulation of Response Variability in the Lateral Intraparietal Area Priority Map. The Journal of Neuroscience, 9 October 2013, 33(41): 16117-16130;

doi: 10.1523/JNEUROSCI.5269-12.2013

Kontakt und Hinweise für Redaktionen

Dr. Suresh Krishna
Tel: +49 551 3851-354
E-Mail: skrishna@dpz.eu
Christian Kiel (Kommunikation)
Tel: +49 551 3851-424
E-Mail: ckiel@dpz.eu

Astrid Slizewski | idw
Weitere Informationen:
http://www.dpz.eu

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Wie Viren ihren Lebenszyklus mit begrenzten Mitteln effektiv sicherstellen
20.02.2017 | Universität zu Lübeck

nachricht Zellstoffwechsel begünstigt Tumorwachstum
20.02.2017 | Veterinärmedizinische 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: 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...

Im Focus: Breakthrough with a chain of gold atoms

In the field of nanoscience, an international team of physicists with participants from Konstanz has achieved a breakthrough in understanding heat transport

In the field of nanoscience, an international team of physicists with participants from Konstanz has achieved a breakthrough in understanding heat transport

Im Focus: Hoch wirksamer Malaria-Impfstoff erfolgreich getestet

Tübinger Wissenschaftler erreichen Impfschutz von bis zu 100 Prozent – Lebendimpfstoff unter kontrollierten Bedingungen eingesetzt

Tübinger Wissenschaftler erreichen Impfschutz von bis zu 100 Prozent – Lebendimpfstoff unter kontrollierten Bedingungen eingesetzt

Im Focus: Sensoren mit Adlerblick

Stuttgarter Forscher stellen extrem leistungsfähiges Linsensystem her

Adleraugen sind extrem scharf und sehen sowohl nach vorne, als auch zur Seite gut – Eigenschaften, die man auch beim autonomen Fahren gerne hätte. Physiker der...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Die Welt der keramischen Werkstoffe - 4. März 2017

20.02.2017 | Veranstaltungen

Schwerstverletzungen verstehen und heilen

20.02.2017 | Veranstaltungen

ANIM in Wien mit 1.330 Teilnehmern gestartet

17.02.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Innovative Antikörper für die Tumortherapie

20.02.2017 | Medizin Gesundheit

Multikristalline Siliciumsolarzelle mit 21,9 % Wirkungsgrad – Weltrekord zurück am Fraunhofer ISE

20.02.2017 | Energie und Elektrotechnik

Wie Viren ihren Lebenszyklus mit begrenzten Mitteln effektiv sicherstellen

20.02.2017 | Biowissenschaften Chemie