Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Wie Nervenzellen aus Fehlentscheiden lernen

19.02.2009
Wenn wir vor ungewohnten Situationen stehen, müssen die Nervenzellen in unserem Gehirn lernen, sich richtig zu entscheiden.

Wie sie dies tun und wie sie aus Fehlern lernen, versuchen zwei Mathematiker der Universität Bern mit einem neuen Modell zu erklären, das nun publiziert wird.

Alle unsere Entscheidungen beruhen auf der Aktivität tausender Nervenzellen im Gehirn. Viele dieser Entscheide werden routinemässig getroffen. Stehen wir jedoch vor neuen Situationen, sind die Nervenzellen in unserem Hirn in der Lage, das richtige Verhalten zu lernen. Sie passen sich aufgrund von Erfolg oder Misserfolg einer Entscheidung an, um so das nächste Mal in der gleichen oder einer ähnlichen Situation die Chancen auf richtiges Verhalten zu erhöhen. Herkömmliche Modelle scheitern an der Erklärung, wie dieser Lerneffekt abläuft:

Es ist nicht klar, welche der etwa einer Billion Neuronen im Hirn zu einer richtigen Entscheidung beigetragen haben und damit eine Belohnung erhalten sollen. Robert Urbanczik und Walter Senn vom Institut für Physiologie der Universität Bern haben nun einen Lösungsansatz zu diesem Problem entwickelt. Ihr mathematisches Modell wurde in der Fachzeitschrift "Nature Neuroscience" veröffentlicht.

Neuronen entscheiden demokratisch

Entscheide werden im Gehirn von einem ganzen Netzwerk von Neuronen gefällt, wobei alle Zellen ähnliche Informationen erhalten. Die Mehrheit der Neuronen bestimmt auf demokratische Weise, welcher Entscheid getroffen wird. Nachher wird ein Signal ausgesendet, das den Nervenzellen mitteilt, ob die Entscheidung richtig oder fehlerhaft war.

Bisherige Modelle gehen davon aus, dass alle Neuronen das gleiche Signal erhalten: ein Erfolgssignal bei einer richtigen, ein Misserfolgssignal bei einer fehlerhaften Entscheidung. "Das ist, als ob die Lehrerin den Schülern nur mitteilen würde, dass sie als ganze Klasse nicht bestanden habe. Wenn die Klasse gross ist, stehen damit die Chancen schlecht, überhaupt etwas zu lernen", erläutert Senn.

Wer falsch entscheidet, muss sich anpassen

Das Modell der beiden Berner Mathematiker geht nun noch einen Schritt weiter: Damit das Gehirn auf zuverlässige Weise gewisse Alltagsentscheide lernt, müssen die einzelnen Nervenzellen im Entscheidungsnetzwerk herausfinden können, ob sie sich richtig oder falsch verhalten haben.

Folgt auf einen Entscheid hin ein Misserfolgssignal, und war ein Neuron gleicher Meinung wie die Mehrheit, muss es seine Meinung ändern. Wich seine Meinung bei einer fehlerhaften Entscheidung von der Mehrheit ab, hat es sich folglich richtig verhalten und muss sich nicht anpassen. Das ist die Rechnung, die jedes Neutron durchführen muss.

Sie kann mit einfachen zellulären Prozessen realisiert werden. Ob ein Erfolg oder Misserfolg erzielt wurde, kann den Neuronen durch das Ausschütten eines bestimmten Neuromodulators (z. B. Dopamin) mitgeteilt werden. Ein anderer Modulator repräsentiert die Mehrheitsmeinung. Neuromodulatoren sind körpereigene Substanzen, welche die Erregungsbereitschaft von Nervenzellen beeinflussen können.

Quellenangabe: Robert Urbanczik und Walter Senn: Reinforcement learning in a population of spiking neurons. Nature Neuroscience, 2009, doi:10.1038/nn.2264.

Nathalie Matter | idw
Weitere Informationen:
http://www.unibe.ch
http://www.nature.com/neuro/journal/vaop/ncurrent/full/nn.2264.html
http://www.kommunikation.unibe.ch/content/medien/medienmitteilungen/news/2009/ne...

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Medizin Gesundheit:

nachricht Tollwutviren zeigen Verschaltungen im gläsernen Gehirn
19.01.2017 | Rheinische Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn

nachricht Sicher und gesund arbeiten mit Datenbrillen
13.01.2017 | Bundesanstalt für Arbeitsschutz und Arbeitsmedizin

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Medizin Gesundheit >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Erstmalig quantenoptischer Sensor im Weltraum getestet – mit einem Lasersystem aus Berlin

An Bord einer Höhenforschungsrakete wurde erstmals im Weltraum eine Wolke ultrakalter Atome erzeugt. Damit gelang der MAIUS-Mission der Nachweis, dass quantenoptische Sensoren auch in rauen Umgebungen wie dem Weltraum eingesetzt werden können – eine Voraussetzung, um fundamentale Fragen der Wissenschaft beantworten zu können und ein Innovationstreiber für alltägliche Anwendungen.

Gemäß dem Einstein’schen Äquivalenzprinzip werden alle Körper, unabhängig von ihren sonstigen Eigenschaften, gleich stark durch die Gravitationskraft...

Im Focus: Quantum optical sensor for the first time tested in space – with a laser system from Berlin

For the first time ever, a cloud of ultra-cold atoms has been successfully created in space on board of a sounding rocket. The MAIUS mission demonstrates that quantum optical sensors can be operated even in harsh environments like space – a prerequi-site for finding answers to the most challenging questions of fundamental physics and an important innovation driver for everyday applications.

According to Albert Einstein's Equivalence Principle, all bodies are accelerated at the same rate by the Earth's gravity, regardless of their properties. This...

Im Focus: Mikrobe des Jahres 2017: Halobacterium salinarum - einzellige Urform des Sehens

Am 24. Januar 1917 stach Heinrich Klebahn mit einer Nadel in den verfärbten Belag eines gesalzenen Seefischs, übertrug ihn auf festen Nährboden – und entdeckte einige Wochen später rote Kolonien eines "Salzbakteriums". Heute heißt es Halobacterium salinarum und ist genau 100 Jahre später Mikrobe des Jahres 2017, gekürt von der Vereinigung für Allgemeine und Angewandte Mikrobiologie (VAAM). Halobacterium salinarum zählt zu den Archaeen, dem Reich von Mikroben, die zwar Bakterien ähneln, aber tatsächlich enger verwandt mit Pflanzen und Tieren sind.

Rot und salzig
Archaeen sind häufig an außergewöhnliche Lebensräume angepasst, beispielsweise heiße Quellen, extrem saure Gewässer oder – wie H. salinarum – an...

Im Focus: Innovatives Hochleistungsmaterial: Biofasern aus Florfliegenseide

Neuartige Biofasern aus einem Seidenprotein der Florfliege werden am Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung IAP gemeinsam mit der Firma AMSilk GmbH entwickelt. Die Forscher arbeiten daran, das Protein in großen Mengen biotechnologisch herzustellen. Als hochgradig biegesteife Faser soll das Material künftig zum Beispiel in Leichtbaukunststoffen für die Verkehrstechnik eingesetzt werden. Im Bereich Medizintechnik sind beispielsweise biokompatible Seidenbeschichtungen von Implantaten denkbar. Ein erstes Materialmuster präsentiert das Fraunhofer IAP auf der Internationalen Grünen Woche in Berlin vom 20.1. bis 29.1.2017 in Halle 4.2 am Stand 212.

Zum Schutz des Nachwuchses vor bodennahen Fressfeinden lagern Florfliegen ihre Eier auf der Unterseite von Blättern ab – auf der Spitze von stabilen seidenen...

Im Focus: Verkehrsstau im Nichts

Konstanzer Physiker verbuchen neue Erfolge bei der Vermessung des Quanten-Vakuums

An der Universität Konstanz ist ein weiterer bedeutender Schritt hin zu einem völlig neuen experimentellen Zugang zur Quantenphysik gelungen. Das Team um Prof....

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Hybride Eisschutzsysteme – Lösungen für eine sichere und nachhaltige Luftfahrt

23.01.2017 | Veranstaltungen

Mittelstand 4.0 – Mehrwerte durch Digitalisierung: Hintergründe, Beispiele, Lösungen

20.01.2017 | Veranstaltungen

Nachhaltige Wassernutzung in der Landwirtschaft Osteuropas und Zentralasiens

19.01.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Erstmalig quantenoptischer Sensor im Weltraum getestet – mit einem Lasersystem aus Berlin

23.01.2017 | Physik Astronomie

Vom Feld in die Schule: Aktuelle Forschung zu moderner Landwirtschaft für den Unterricht

23.01.2017 | Bildung Wissenschaft

Hybride Eisschutzsysteme – Lösungen für eine sichere und nachhaltige Luftfahrt

23.01.2017 | Veranstaltungsnachrichten