Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Wer entscheidet im Gehirn?

15.01.2013
Entscheidungen in der Gesellschaft oder Natur ergeben sich meist durch ein komplexes Zusammenspiel vieler Faktoren.

Es ist oft ein Rätsel, welcher Faktor am Ende wie viel Einfluss auf das Ergebnis hatte. Für Hirnforscher stellt sich ein ähnliches Problem, da Entscheidungen immer auf der Aktivität vieler Nervenzellen beruhen.


Große Vogelschwärme ändern in kürzester Zeit ihre Richtung, ohne dass klar ist, wie diese Entscheidung entsteht und ob manche Vögel einen größeren Einfluss auf die Flugrichtung haben als andere. Da die Flugrichtung eines einzelnen Vogels von der seiner Nachbarvögel abhängt, ist die Antwort außerordentlich kompliziert. Ein ähnliches Problem stellt sich auch für Neurowissenschaftler, die herausfinden wollen, welche Neuronen in einem großen Netzwerk wirklich an einer bestimmten Entscheidung beteiligt sind.

Foto: Christoffer A. Rasmussen, CreativeCommons CC 1.0

In einer im Rahmen des Bernstein Netzwerks geförderten Zusammenarbeit der Universität Tübingen und des Max-Planck-Instituts für biologische Kybernetik haben Forscher um CIN Professor Matthias Bethge gezeigt, wie man trotz gegenseitiger Abhängigkeiten bestimmen kann, welchen Einfluss verschiedene Neurone auf Entscheidungsprozesse haben.

Wenn wir auf der anderen Straßenseite eine Person entdecken, die viel Ähnlichkeit mit einem Freund hat, gelangt diese Information über viele sensorische Nervenzellen in unser Gehirn. Welches der vielen Neurone liefert aber das relevante Signal an die höheren Hirnbereiche, die letztendlich entscheiden, dass es tatsächlich der Freund ist und wir winken und „Hallo“ rufen? Eine Forschergruppe um Matthias Bethge hat nun eine mathematische Formel entwickelt, mit der sich berechnen lässt, wie sehr ein einzelnes sensorisches Neuron in diesem Entscheidungsprozess beteiligt ist.

Um dieser Frage näher zu kommen hat man sich bisher angeschaut, welche Information ein sensorisches Neuron über die endgültige Entscheidung hat. Ebenso wie eine Person sich verdächtig macht, wenn sie „Insiderwissen“ über ein Verbrechen besitzt, liegt es nahe anzunehmen, dass Neurone, deren Aktivität Informationen über die Entscheidung enthält, auch Einfluss auf die Entscheidung zu haben. Das Problem dieses Ansatzes ist jedoch, dass Neurone – wie auch Personen – miteinander kommunizieren. Ein sensorisches Neuron, welches an der Entscheidung gar nicht selbst beteiligt ist, kann daher diese Information von einer Nachbarzelle bekommen haben und einfach nur „mitreden“.

Das relevante Signal, welches an die höheren Entscheidungsareale im Gehirn geleitet wurde, ist jedoch von der Nachbarzelle gesendet worden. Die jetzt von Wissenschaftlern neu entwickelte Formel berücksichtigt daher nicht nur, welche neuronale Aktivität etwas über die Entscheidung aussagt, sondern lässt auch Informationen über die Kommunikation der Zellen untereinander einfließen. So kann bestimmt werden, wie viel Gewicht die Aktivität eines einzelnen Neurons im Entscheidungsprozess hat.

Mithilfe der Formel lässt sich nun in Experimenten genau untersuchen, welche Nervenzellen letztendlich an Entscheidungen beteiligt sind, und ob es nur einige wenige, hoch informative, oder eher viele sensorische Neurone sind, die schließlich zur Handlungsentscheidung führen. Auf diese Weise kann nun die grundsätzliche Frage beantwortet werden, bei welchen Entscheidungen das Gehirn seine Informationen optimal nutzt und bei welchen nicht.

Das Nationale Bernstein Netzwerk Computational Neuroscience wurde 2004 vom Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) ins Leben gerufen, um die neue Forschungsdisziplin Computational Neuroscience in Deutschland nachhaltig zu etablieren. Inzwischen hat sich das Netzwerk mithilfe der BMBF-Förderung zu einem größten Forschungsnetze im Bereich der Computational Neuroscience weltweilt entwickelt. Namensgeber des Netzwerk ist der deutschen Physiologe Julius Bernstein (1835-1917).

Das Werner Reichardt Centrum für Integrative Neurowissenschaften (CIN) ist eine interdisziplinäre Institution an der Eberhard Karls Universität Tübingen, finanziert von der Deutschen Forschungsgemeinschaft im Rahmen der Exzellenzinitiative von Bund und Ländern. Ziel des CIN ist es, zu einem tieferen Verständnis von Hirnleistungen beizutragen und zu klären, wie Erkrankungen diese Leistungen beeinträchtigen. Das CIN wird von der Überzeugung geleitet, dass dieses Bemühen nur erfolgreich sein kann, wenn ein integrativer Ansatz gewählt wird.

Weitere Informationen erteilt Ihnen gerne:
Dr. Ralf Haefner
Volen National Center for Complex Systems,
Volen 208/MS 013,
Brandeis University,
Waltham, MA 02454 (USA)
eMail: ralf@brandeis.edu
Tel: +1 (781) 786 1683

Prof. Dr. Matthias Bethge
Werner Reichardt Zentrum für Integrative Neurowissenschaften,
Universität Tübingen,
Max-Planck-Institut für Biologische Kybernetik und
Bernstein Zentrum für Computational Neuroscience
Otfried-Müllerstr. 25
D-72076 Tübingen
eMail: matthias@bethgelab.org
Tel: +49 (0)7071-29 89017

Originalpublikation:
Haefner R.M., Gerwinn S., Macke J.H., Bethge M. (2013): „Inferring decoding strategies from choice probabilities in the presence of correlated variability“. Nature Neuroscience: Jan 13, 2013

http://dx.doi.org/10.1038/nn.3309

Weitere Informationen:

http://www.bethgelab.org
Homepage der Arbeitsgruppe

http://www.bccn-tuebingen.de
Bernstein Zentrum Tübingen

http://www.uni-tuebingen.de
Universität Tübingen

http://www.kyb.tuebingen.mpg.de
Max-Planck-Institut für Biologische Kybernetik

http://www.cin.uni-tuebingen.de
Werner Reichardt Centrum für Integrative Neurowissenschaften

http://www.nncn.de
Nationales Bernstein Netzwerk Computational Neuroscience

Mareike Kardinal | idw
Weitere Informationen:
http://dx.doi.org/10.1038/nn.3309
http://www.brandeis.edu
http://www.bernstein-netzwerk.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Neues über ein Pflanzenhormon
07.12.2018 | Julius-Maximilians-Universität Würzburg

nachricht Selbstlernende Netzwerke lassen Forscher mehr sehen
07.12.2018 | Max-Planck-Institut für molekulare Zellbiologie und Genetik

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Supercomputer ohne Abwärme

Konstanzer Physiker eröffnen die Möglichkeit, Supraleiter zur Informationsübertragung einzusetzen

Konventionell betrachtet sind Magnetismus und der widerstandsfreie Fluss elektrischen Stroms („Supraleitung“) konkurrierende Phänomene, die nicht zusammen in...

Im Focus: Drei Nervenzellen reichen, um eine Fliege zu steuern

Uns wirft so schnell nichts um. Eine Fruchtfliege kann dagegen schon ein kleiner Windstoß vom Kurs abbringen. Drei große Nervenzellen in jeder Hälfte des Fliegenhirns reichen jedoch aus, um die Fliege mit Hilfe visueller Signale wieder auf Kurs zu bringen.

Bewegen wir uns vorwärts, zieht die Umwelt in die entgegengesetzte Richtung an unseren Augen vorbei. Drehen wir uns, verschiebt sich das Bild der Umwelt im...

Im Focus: Researchers develop method to transfer entire 2D circuits to any smooth surface

What if a sensor sensing a thing could be part of the thing itself? Rice University engineers believe they have a two-dimensional solution to do just that.

Rice engineers led by materials scientists Pulickel Ajayan and Jun Lou have developed a method to make atom-flat sensors that seamlessly integrate with devices...

Im Focus: Drei Komponenten auf einem Chip

Wissenschaftlern der Universität Stuttgart und des Karlsruher Institutes für Technologie (KIT gelingt wichtige Weiterentwicklung auf dem Weg zum Quantencomputer

Quantencomputer sollen bestimmte Rechenprobleme einmal sehr viel schneller lösen können als ein klassischer Computer. Einer der vielversprechendsten Ansätze...

Im Focus: Three components on one chip

Scientists at the University of Stuttgart and the Karlsruhe Institute of Technology (KIT) succeed in important further development on the way to quantum Computers.

Quantum computers one day should be able to solve certain computing problems much faster than a classical computer. One of the most promising approaches is...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Kalikokrebse: Großes Interesse an erster Fachtagung

07.12.2018 | Veranstaltungen

Entwicklung eines Amphibienflugzeugs

04.12.2018 | Veranstaltungen

Neue biologische Verfahren im Trink- und Grundwassermanagement

04.12.2018 | Veranstaltungen

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

Erstmalig in Deutschland: Erfolgreiche Bestrahlungstherapie lebensbedrohlicher Herzrhythmusstörung

07.12.2018 | Medizintechnik

Nicht zu warm und nicht zu kalt! Seminar „Thermomanagement von Lithium-Ionen-Batterien“ am 02.04.2019 in Aachen

07.12.2018 | Seminare Workshops

Seminar „Magnettechnik - Magnetwerkstoffe“ vom 19. – 20.02.2019 in Essen

07.12.2018 | Seminare Workshops

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