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 Revolutionär: Ein Algensaft deckt täglichen Vitamin-B12-Bedarf
23.04.2018 | Hochschule für nachhaltige Entwicklung Eberswalde

nachricht Eine Teleskopschiene für Nanomaschinen
20.04.2018 | Max-Planck-Institut für Intelligente Systeme, Standort Stuttgart, Stuttgart

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: BAM@Hannover Messe: Innovatives 3D-Druckverfahren für die Raumfahrt

Auf der Hannover Messe 2018 präsentiert die Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung (BAM), wie Astronauten in Zukunft Werkzeug oder Ersatzteile per 3D-Druck in der Schwerelosigkeit selbst herstellen können. So können Gewicht und damit auch Transportkosten für Weltraummissionen deutlich reduziert werden. Besucherinnen und Besucher können das innovative additive Fertigungsverfahren auf der Messe live erleben.

Pulverbasierte additive Fertigung unter Schwerelosigkeit heißt das Projekt, bei dem ein Bauteil durch Aufbringen von Pulverschichten und selektivem...

Im Focus: BAM@Hannover Messe: innovative 3D printing method for space flight

At the Hannover Messe 2018, the Bundesanstalt für Materialforschung und-prüfung (BAM) will show how, in the future, astronauts could produce their own tools or spare parts in zero gravity using 3D printing. This will reduce, weight and transport costs for space missions. Visitors can experience the innovative additive manufacturing process live at the fair.

Powder-based additive manufacturing in zero gravity is the name of the project in which a component is produced by applying metallic powder layers and then...

Im Focus: IWS-Ingenieure formen moderne Alu-Bauteile für zukünftige Flugzeuge

Mit Unterdruck zum Leichtbau-Flugzeug

Ingenieure des Fraunhofer-Instituts für Werkstoff- und Strahltechnik (IWS) in Dresden haben in Kooperation mit Industriepartnern ein innovatives Verfahren...

Im Focus: Moleküle brillant beleuchtet

Physiker des Labors für Attosekundenphysik, der Ludwig-Maximilians-Universität und des Max-Planck-Instituts für Quantenoptik haben eine leistungsstarke Lichtquelle entwickelt, die ultrakurze Pulse über einen Großteil des mittleren Infrarot-Wellenlängenbereichs generiert. Die Wissenschaftler versprechen sich von dieser Technologie eine Vielzahl von Anwendungen, unter anderem im Bereich der Krebsfrüherkennung.

Moleküle sind die Grundelemente des Lebens. Auch wir Menschen bestehen aus ihnen. Sie steuern unseren Biorhythmus, zeigen aber auch an, wenn dieser erkrankt...

Im Focus: Molecules Brilliantly Illuminated

Physicists at the Laboratory for Attosecond Physics, which is jointly run by Ludwig-Maximilians-Universität and the Max Planck Institute of Quantum Optics, have developed a high-power laser system that generates ultrashort pulses of light covering a large share of the mid-infrared spectrum. The researchers envisage a wide range of applications for the technology – in the early diagnosis of cancer, for instance.

Molecules are the building blocks of life. Like all other organisms, we are made of them. They control our biorhythm, and they can also reflect our state of...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

infernum-Tag 2018: Digitalisierung und Nachhaltigkeit

24.04.2018 | Veranstaltungen

Fraunhofer eröffnet Community zur Entwicklung von Anwendungen und Technologien für die Industrie 4.0

23.04.2018 | Veranstaltungen

Mars Sample Return – Wann kommen die ersten Gesteinsproben vom Roten Planeten?

23.04.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Von der Genexpression zur Mikrostruktur des Gehirns

24.04.2018 | Biowissenschaften Chemie

Bestrahlungserfolg bei Hirntumoren lässt sich mit kombinierter PET/MRT vorhersagen

24.04.2018 | Medizintechnik

RWI/ISL-Containerumschlag-Index auf hohem Niveau deutlich rückläufig

24.04.2018 | Wirtschaft Finanzen

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics