Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Neuronale Netzwerke mit Verstärker

10.07.2008
Dr. Raoul-Martin Memmesheimer vom Max-Planck-Institut für Dynamik und Selbstorganisation erhält die Otto-Hahn-Medaille.
Alle Vorgänge im Gehirn sind darauf angewiesen, dass die Nervenzellen Signale hinreichend verlässlich verarbeiten und weiterleiten. Das gilt auch für die Hirnregionen, in denen die Neuronen weniger eng mit einander vernetzt sind.

Dr. Raoul-Martin Memmesheimer vom Max-Planck-Institut für Dynamik und Selbstorganisation in Göttingen hat nun erstmals eine Theorie entwickelt, die diese Fähigkeit erklärt. Seine Modelle berücksichtigen, dass Neuronen mit einer Art Signalverstärker ausgerüstet sind. Für seine Forschungsergebnisse hat die Max-Planck-Gesellschaft Dr. Raoul-Martin Memmesheimer jetzt mit der Otto-Hahn-Medaille ausgezeichnet.

Die Neuronen im Gehirn kommunizieren mit Hilfe elektrischer Impulse, die sie entlang ihrer Fortsätze an ihre Nachbarn weiterleiten. Diese können dann ihrerseits einen elektrischen Impuls abfeuern, so dass sich ein Signal durch das gesamte neuronale Netzwerk fortpflanzen kann. Allerdings gibt es eine Hürde: Nur wenn die Wirkung empfangener Impulse eine gewisse Schwelle überschreitet, sendet das Neuron auch tatsächlich selbst einen solchen Impuls. Auf diese Weise setzen sich besonders solche Signale durch, bei denen ein Neuron Impulse von mehreren seiner Nachbar-Gehirnzellen gleichzeitig empfängt.

Trotz dieses gemeinsamen Prinzips ist das neuronale Netzwerk nicht überall gleich aufgebaut: In manchen Regionen sind die Neuronen dichter miteinander verwoben als in anderen. Besonders die Übertragung starker Signale in schwach vernetzten Regionen des Gehirns wie etwa in Teilen des Hippocampus war Wissenschaftlern bisher ein Rätsel. Denn die Forscher gingen davon aus, dass nur sehr dicht verwobene Netzwerke Signale mit ausreichender Verlässlichkeit übermitteln können. Nach dem Prinzip "doppelt hält besser" sind in solchen Systemen sehr viele Neuronen mit denselben Nachbarn verknüpft. Fällt ein Neuron aus, treten andere deshalb mühelos an seine Stelle und leiten das Signal dennoch weiter.

... mehr zu:
»Impuls »Neuron

Memmesheimer bietet nun eine andere Erklärung. Er berücksichtigte, dass Neuronen einen aktiven Verstärkungsmechanismus besitzen. Kommen etwa die Impulse zweier Zellen nahezu gleichzeitig am Neuron an, wird deren Wirkung unter bestimmten Bedingungen nicht nur summiert, sondern weiter verstärkt. "Dieser Mechanismus ist in den vergangenen Jahren durch zahlreiche Experimente belegt worden", erklärt Memmesheimer.

Welche Folgen der neuronale Verstärker für die Prozesse im Gehirn hat, konnte der Wissenschaftler aus Göttingen nun mit Hilfe theoretischer Berechnungen untersuchen. Der Verstärker führt dazu, dass ein Signal leicht die Eingangsschwelle des Neurons überwinden und sich durch das Netzwerk fortpflanzen kann - auch wenn nur vergleichsweise wenige benachbarte Neuronen einen elektrischen Impuls ausgesandt haben.

"Es entstehen Muster, die tatsächlichen Hirnmustern exakt entsprechen", so Memmesheimer. Besonders ein typisches Aktivitätsmuster, das im Hippocampus während bestimmter Schlafphasen auftritt, geben die Berechnungen genau wieder. Da im Hippocampus Gedächtnisinhalte kurzzeitig gespeichert und während der Schlafphasen wiederholt, übertragen und verfestigt werden, könnten diese Ergebnisse grundlegende Bedeutung für unser Verständnis des Erinnerns haben.

Dr. Raoul-Martin Memmesheimer (29) hat an den Universitäten in Kaiserslautern, München und Jena theoretische Physik studiert. Seit 2004 forscht er am Max-Planck-Instituts für Dynamik und Selbstorganisation, wo er 2007 promovierte. Mit der Otto-Hahn-Medaille würdigt die Max-Planck-Gesellschaft jährlich junge Wissenschaftler für herausragende Leistungen.

Dr. Birgit Krummheuer | idw
Weitere Informationen:
http://www.ds.mpg.de/

Weitere Berichte zu: Impuls Neuron

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Förderungen Preise:

nachricht Über zwei Millionen für bessere Bordnetze
28.04.2017 | Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg

nachricht Innovationspreis 2017 der Deutschen Hochschulmedizin e.V.
24.04.2017 | Deutsche Hochschulmedizin e.V.

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Förderungen Preise >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: TU Chemnitz präsentiert weltweit einzigartige Pilotanlage für nachhaltigen Leichtbau

Wickelprinzip umgekehrt: Orbitalwickeltechnologie soll neue Maßstäbe in der großserientauglichen Fertigung komplexer Strukturbauteile setzen

Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter des Bundesexzellenzclusters „Technologiefusion für multifunktionale Leichtbaustrukturen" (MERGE) und des Instituts für...

Im Focus: Smart Wireless Solutions: EU-Großprojekt „DEWI“ liefert Innovationen für eine drahtlose Zukunft

58 europäische Industrie- und Forschungspartner aus 11 Ländern forschten unter der Leitung des VIRTUAL VEHICLE drei Jahre lang, um Europas führende Position im Bereich Embedded Systems und dem Internet of Things zu stärken. Die Ergebnisse von DEWI (Dependable Embedded Wireless Infrastructure) wurden heute in Graz präsentiert. Zu sehen war eine Fülle verschiedenster Anwendungen drahtloser Sensornetzwerke und drahtloser Kommunikation – von einer Forschungsrakete über Demonstratoren zur Gebäude-, Fahrzeug- oder Eisenbahntechnik bis hin zu einem voll vernetzten LKW.

Was vor wenigen Jahren noch nach Science-Fiction geklungen hätte, ist in seinem Ansatz bereits Wirklichkeit und wird in Zukunft selbstverständlicher Teil...

Im Focus: Weltweit einzigartiger Windkanal im Leipziger Wolkenlabor hat Betrieb aufgenommen

Am Leibniz-Institut für Troposphärenforschung (TROPOS) ist am Dienstag eine weltweit einzigartige Anlage in Betrieb genommen worden, mit der die Einflüsse von Turbulenzen auf Wolkenprozesse unter präzise einstellbaren Versuchsbedingungen untersucht werden können. Der neue Windkanal ist Teil des Leipziger Wolkenlabors, in dem seit 2006 verschiedenste Wolkenprozesse simuliert werden. Unter Laborbedingungen wurden z.B. das Entstehen und Gefrieren von Wolken nachgestellt. Wie stark Luftverwirbelungen diese Prozesse beeinflussen, konnte bisher noch nicht untersucht werden. Deshalb entstand in den letzten Jahren eine ergänzende Anlage für rund eine Million Euro.

Die von dieser Anlage zu erwarteten neuen Erkenntnisse sind wichtig für das Verständnis von Wetter und Klima, wie etwa die Bildung von Niederschlag und die...

Im Focus: Nanoskopie auf dem Chip: Mikroskopie in HD-Qualität

Neue Erfindung der Universitäten Bielefeld und Tromsø (Norwegen)

Physiker der Universität Bielefeld und der norwegischen Universität Tromsø haben einen Chip entwickelt, der super-auflösende Lichtmikroskopie, auch...

Im Focus: Löschbare Tinte für den 3-D-Druck

Im 3-D-Druckverfahren durch Direktes Laserschreiben können Mikrometer-große Strukturen mit genau definierten Eigenschaften geschrieben werden. Forscher des Karlsruher Institus für Technologie (KIT) haben ein Verfahren entwickelt, durch das sich die 3-D-Tinte für die Drucker wieder ‚wegwischen‘ lässt. Die bis zu hundert Nanometer kleinen Strukturen lassen sich dadurch wiederholt auflösen und neu schreiben - ein Nanometer entspricht einem millionstel Millimeter. Die Entwicklung eröffnet der 3-D-Fertigungstechnik vielfältige neue Anwendungen, zum Beispiel in der Biologie oder Materialentwicklung.

Beim Direkten Laserschreiben erzeugt ein computergesteuerter, fokussierter Laserstrahl in einem Fotolack wie ein Stift die Struktur. „Eine Tinte zu entwickeln,...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Internationaler Tag der Immunologie - 29. April 2017

28.04.2017 | Veranstaltungen

Kampf gegen multiresistente Tuberkulose – InfectoGnostics trifft MYCO-NET²-Partner in Peru

28.04.2017 | Veranstaltungen

123. Internistenkongress: Traumata, Sprachbarrieren, Infektionen und Bürokratie – Herausforderungen

27.04.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Über zwei Millionen für bessere Bordnetze

28.04.2017 | Förderungen Preise

Symbiose-Bakterien: Vom blinden Passagier zum Leibwächter des Wollkäfers

28.04.2017 | Biowissenschaften Chemie

Wie Pflanzen ihre Zucker leitenden Gewebe bilden

28.04.2017 | Biowissenschaften Chemie