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 Red Dot Design Award für die dormakaba 360°City App
09.12.2016 | Kaba GmbH

nachricht Zweimal Gold beim Architects’ Darling Award 2016 für dormakaba
28.11.2016 | Kaba GmbH

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: Interfacial Superconductivity: Magnetic and superconducting order revealed simultaneously

Researchers from the University of Hamburg in Germany, in collaboration with colleagues from the University of Aarhus in Denmark, have synthesized a new superconducting material by growing a few layers of an antiferromagnetic transition-metal chalcogenide on a bismuth-based topological insulator, both being non-superconducting materials.

While superconductivity and magnetism are generally believed to be mutually exclusive, surprisingly, in this new material, superconducting correlations...

Im Focus: Erforschung von Elementarteilchen in Materialien

Laseranregung von Semimetallen ermöglicht die Erzeugung neuartiger Quasiteilchen in Festkörpersystemen sowie ultraschnelle Schaltung zwischen verschiedenen Zuständen.

Die Untersuchung der Eigenschaften fundamentaler Teilchen in Festkörpersystemen ist ein vielversprechender Ansatz für die Quantenfeldtheorie. Quasiteilchen...

Im Focus: Studying fundamental particles in materials

Laser-driving of semimetals allows creating novel quasiparticle states within condensed matter systems and switching between different states on ultrafast time scales

Studying properties of fundamental particles in condensed matter systems is a promising approach to quantum field theory. Quasiparticles offer the opportunity...

Im Focus: Mit solaren Gebäudehüllen Architektur gestalten

Solarthermie ist in der breiten Öffentlichkeit derzeit durch dunkelblaue, rechteckige Kollektoren auf Hausdächern besetzt. Für ästhetisch hochwertige Architektur werden Technologien benötigt, die dem Architekten mehr Gestaltungsspielraum für Niedrigst- und Plusenergiegebäude geben. Im Projekt »ArKol« entwickeln Forscher des Fraunhofer ISE gemeinsam mit Partnern aktuell zwei Fassadenkollektoren für solare Wärmeerzeugung, die ein hohes Maß an Designflexibilität erlauben: einen Streifenkollektor für opake sowie eine solarthermische Jalousie für transparente Fassadenanteile. Der aktuelle Stand der beiden Entwicklungen wird auf der BAU 2017 vorgestellt.

Im Projekt »ArKol – Entwicklung von architektonisch hoch integrierten Fassadekollektoren mit Heat Pipes« entwickelt das Fraunhofer ISE gemeinsam mit Partnern...

Im Focus: Designing Architecture with Solar Building Envelopes

Among the general public, solar thermal energy is currently associated with dark blue, rectangular collectors on building roofs. Technologies are needed for aesthetically high quality architecture which offer the architect more room for manoeuvre when it comes to low- and plus-energy buildings. With the “ArKol” project, researchers at Fraunhofer ISE together with partners are currently developing two façade collectors for solar thermal energy generation, which permit a high degree of design flexibility: a strip collector for opaque façade sections and a solar thermal blind for transparent sections. The current state of the two developments will be presented at the BAU 2017 trade fair.

As part of the “ArKol – development of architecturally highly integrated façade collectors with heat pipes” project, Fraunhofer ISE together with its partners...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Bundesweiter Astronomietag am 25. März 2017

17.01.2017 | Veranstaltungen

Über intelligente IT-Systeme und große Datenberge

17.01.2017 | Veranstaltungen

Aquakulturen und Fangquoten – was hilft gegen Überfischung?

16.01.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Bundesweiter Astronomietag am 25. März 2017

17.01.2017 | Veranstaltungsnachrichten

Intelligente Haustechnik hört auf „LISTEN“

17.01.2017 | Architektur Bauwesen

Satellitengestützte Lasermesstechnik gegen den Klimawandel

17.01.2017 | Maschinenbau