Wie Aufmerksamkeit das Orchester unserer Nervenzellaktivität dirigiert

Zwei Nervenzellen im Gehirn eines Rhesusaffen, die mit einem gelben Fluoreszenzfarbstoff sichtbar gemacht wurden. Foto: Michael Fortuna

Stille im Konzertsaal. Der Dirigent hebt den Taktstock und die Streicher setzen ein. Sie spielen die ersten vier Takte von Mozarts „Eine Kleine Nachtmusik“. Alle zusammen spielen eine einzige Melodie, die wohl zu den bekanntesten der Musikwelt gehört. Danach teilen sich die Stimmen.

Verschiedene Streichinstrumente spielen getrennte Melodien und die „Kleine Nachtmusik“ wird so zu einem komplexen Kunstwerk. Neurowissenschaftler am Deutschen Primatenzentrum (DPZ) – Leibniz-Institut für Primatenforschung in Göttingen und des Institute for Research in Fundamental Sciences in Teheran, Iran, haben kürzlich in einer Studie mit Rhesusaffen herausgefunden, dass bei der visuellen Wahrnehmung in unserem Gehirn Nervenzellen die Aufgabe der Musiker übernehmen.

Üblicherweise sind dabei viele Zellen gemeinsam (synchron) aktiv, wenn sie einfache Reize aus unserer Umwelt verarbeiten. Die Forscher konnten zeigen, dass visuelle Aufmerksamkeit diese Nervenzellaktivität desynchronisiert und damit eine komplexere Informationsverarbeitung ermöglicht. Solche Erkenntnisse über die Wirkungsweise von Aufmerksamkeit im gesunden Zustand, liefern möglicherweise Hinweise auf Mechanismen, die neuronalen Erkrankungen wie der Aufmerksamkeitsdefizit-Hyperaktivitätsstörung (ADHS) oder Autismus zugrunde liegen (BMC Biology).

Die Neurowissenschaftler Moein Esghaei, Mohammad Reza Daliri und Stefan Treue haben die Aktivität einzelner Nervenzellen im Gehirn von Rhesusaffen gemessen. Mit sehr dünnen Mikroelektroden ermöglicht diese schmerzfreie Technik, die Aktivität größerer Gruppen von Nervenzellen gleichzeitig zu untersuchen, während die Tiere eine Wahrnehmungsaufgabe durchführen.

Die Aktivität dieser Nervenzellpopulationen kann man als kontinuierliche fluktuierende Signale über ein breites Frequenz-Spektrum in den Zellzwischenräumen messen. Das nennt man lokales Feldpotenzial. Die Signale der einzelnen Zellen (Aktionspotenziale) sind dabei an den Takt der Feldpotenziale gekoppelt.

Mit Hilfe neuartiger Signalverarbeitungstechniken fanden die Wissenschaftler heraus, dass visuelle Aufmerksamkeit die Aktivität einzelner Nervenzellen unabhängiger von den periodischen lokalen Feldpotenzialen macht.

„Die Aufmerksamkeit entkoppelt Nervenzellen voneinander, so dass einzelne Zellen unabhängiger aktiv sind und somit die Reizdarstellung erweitern, so wie das Spielen verschiedener Stimmen und Melodien es einem Orchester ermöglicht, komplexere Musik zu spielen“, erklärt Stefan Treue, Professor für Kognitive Neurowissenschaften an der Universität Göttingen und Leiter der Abteilung Kognitive Neurowissenschaften am Deutschen Primatenzentrum.

Die detaillierte Kenntnis darüber, wie das Gehirn von Rhesusaffen Aufmerksamkeit und andere komplexe kognitive Funktionen ermöglicht, lässt Rückschlüsse auf die Vorgänge im menschlichen Gehirn zu. Die synchronisierte Aktivität von Nervenzellen spielt eine entscheidende Rolle für die Wahrnehmung bei Menschen und anderen Primaten.

Zu verstehen, wie genau diese Synchronizität gesteuert wird, hilft nicht nur, die zugrunde liegenden neuronalen Mechanismen der bewussten Wahrnehmung besser zu verstehen, sondern könnte auch zu einem besseren Verständnis der physiologischen Defizite beitragen, die den Störungen der Aufmerksamkeitskontrolle und -wahrnehmung, wie bei ADHS, Autismus und Schizophrenie zugrunde liegen.

„Unsere Ergebnisse eröffnen ein neues Verständnis dafür, wie die Informationsverarbeitung in den lokalen neuronalen Schaltkreisen des Primatengehirns gesteuert wird“, kommentiert Moein Esghaei, Erstautor der Studie, die Ergebnisse. „In weiterführenden Studien wollen wir untersuchen, wie neuronale Fluktuationen erzeugt werden, um einzelne Nervenzellen zu steuern.“

Prof. Dr. Stefan Treue
Tel.: +49 (0) 551 3851-118
E-Mail: streue@dpz.eu

Dr. Moein Esghaei
Tel.: +49 (0) 551 3851-344
E-Mail: aesghaei@dpz.eu

Esghaei M, Daliri MR, Treue S (2018): Attention decouples action potentials from the phase of local field potentials in macaque visual cortical area MT. BMC Biology 16(1):86

http://medien.dpz.eu/webgate/keyword.html?currentContainerId=4521 – Druckfähige Bilder
https://www.dpz.eu/aktuelles/neuigkeiten/einzelansicht/news/wie-aufmerksamkeit-d… – Pressemitteilung auf der DPZ-Website

Media Contact

Dr. Susanne Diederich idw - Informationsdienst Wissenschaft

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie

Der innovations-report bietet im Bereich der "Life Sciences" Berichte und Artikel über Anwendungen und wissenschaftliche Erkenntnisse der modernen Biologie, der Chemie und der Humanmedizin.

Unter anderem finden Sie Wissenswertes aus den Teilbereichen: Bakteriologie, Biochemie, Bionik, Bioinformatik, Biophysik, Biotechnologie, Genetik, Geobotanik, Humanbiologie, Meeresbiologie, Mikrobiologie, Molekularbiologie, Zellbiologie, Zoologie, Bioanorganische Chemie, Mikrochemie und Umweltchemie.

Zurück zur Startseite

Kommentare (0)

Schreiben Sie einen Kommentar

Neueste Beiträge

Schutz vor Corona: Erfahrung ist beim Immunsystem nicht immer ein Vorteil

Bei der Corona-Impfung basiert eine gute Impfreaktion auf naiven Immunzellen, bereits existierende Gedächtniszellen sind eher nachteilig, wie ein Forschungsteam des Exzellenzclusters PMI zeigt. Wer viele Infektionen mit gewöhnlichen Erkältungsviren durchgemacht…

Neue bwHealthApp macht die Nutzung von Fitnessarmbändern für ärztliche Behandlung möglich

Mit einer neuen App will die Fakultät Informatik der Hochschule Reutlingen die Diagnose und Therapie in der Medizin verbessern und kostengünstiger machen. Dabei setzen die Informatiker um Prof. Dr. Christian…

Vorklinische Entwicklung des optischen Cochlea Implantats

Das Land Niedersachsen und die VolkswagenStiftung bewilligen Forschenden der UMG und des Göttinger Exzellenzclusters Multiscale Bioimaging Mittel über 1 Million Euro aus dem „SPRUNG“ (vormals: „Niedersächsisches Vorab“) zur Entwicklung des…

Partner & Förderer