Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Kommunikation zwischen neuronalen Netzwerken

17.12.2018

Forscher des Bernstein Center Freiburg und Kollegen schlagen ein neues Modell vor, wie neuronale Netzwerke in unterschiedlichen Gehirnarealen miteinander kommunizieren

Das Gehirn ist als ein Netzwerk von spezialisierten Netzwerken aus Nervenzellen organisiert. Damit eine solche Gehirnarchitektur funktioniert, müssen diese spezialisierten Netzwerke – jeweils in verschiedenen Gehirnarealen lokalisiert – miteinander kommunizieren können.


Wie kommunizieren Nervennetzwerke im Gehirn miteinander? Das Bernstein Center Freiburg schlägt dafür ein neues Modell vor.

Grafik: BCF

Aber unter welchen Bedingungen findet Kommunikation statt und welche Steuerungsmechanismen wirken? Forscher des Bernstein Center Freiburg und Kollegen in Spanien und Schweden schlagen dafür ein neues Modell vor, das drei – scheinbar unterschiedliche – Erklärungsmodelle miteinander kombiniert. Ihre Schlussfolgerungen sind nun in Nature Reviews Neuroscience veröffentlicht.

Die Synthese von Dr. Gerald Hahn, Pompeu Fabra University, Barcelona/Spanien, Prof. Dr. Ad Aertsen, Bernstein Center Freiburg, Prof. Dr. Arvind Kumar, ehemals Bernstein Center Freiburg, jetzt Königliche Technische Hochschule (KTH) Royal Institute of Technology, Stockholm/Schweden und Kollegen basiert auf der Theorie dynamischer Systeme.

Sie berücksichtigt insbesondere, wie der Aktivitätszustand der jeweiligen Netzwerke den Nachrichtenaustausch beeinflusst. Die Studie kombiniert dabei drei bislang vorgeschlagenen Erklärungsmodelle: Synfire-Kommunikation, Kommunikation durch Kohärenz und Kommunikation durch Resonanz.

„Wir glauben, dass unsere Arbeit helfen kann, besser zu verstehen, wie Neuronenpopulationen, je nach Zustand ihrer Netzwerkaktivität, interagieren und ob Nachrichten von einer Neuronengruppe im Gehirnbereich A eine Neuronengruppe im Gehirnbereich B erreichen können oder nicht", sagt Arvind Kumar.

„Ein solches Verständnis ist eine wesentliche Voraussetzung, um Hirnfunktion nicht nur lokal, innerhalb eng begrenzter Bereiche eines Hirnareals verstehen zu können, sondern auch mehr global, über Hirnareale hinweg.“

Besonders interessierte die Wissenschaftler, welche Rolle die im Gehirn auftretenden Aktivitätsschwingungen – so genannte Oszillationen – für die Kommunikation spielen. Solche Oszillationen betreffen typischerweise große Gruppen von Neuronen bis hin zu ganzen Hirnarealen und können entweder langsam sein, wie Alpha- oder Theta-Rhythmen, oder schnell, wie der Gammarhythmus.

Die Forscher konnten im theoretischen Modell zeigen, dass die Interaktion dieser Rhythmen miteinander maßgeblich darüber entscheidet, ob Kommunikation zwischen Netzwerken möglich ist oder nicht. Bestimmte Verschachtelungen solcher Rhythmen könnten dabei als wichtige Steuerungsmechanismen wirken.

„Die Möglichkeit zum Nachrichtenaustausch hängt von vielen Faktoren ab, zum Beispiel, ob die Schwingungen schnell oder langsam, die Frequenzen ähnlich oder unterschiedlich sind, wie die Phasen zueinander in Beziehung stehen und so weiter“, erklärt Ad Aertsen. „Mit unserem Modell können wir jetzt für jeden dieser Fälle spezifische Vorhersagen treffen. In einem nächsten Schritt könnten diese dann experimentell getestet werden.“

Detailliertere Informationen (auf Englisch):
http://www.bcf.uni-freiburg.de/news/18-12-17-aertsen-kumar

Originalpublikation
Hahn, G./Ponce-Alvarez, A./Deco, G./Aertsen, A./Kumar, A. (2018): Portraits of communication in neuronal networks. In: Nature Reviews Neuroscience. https://www.nature.com/articles/s41583-018-0094-0

Bernstein Center Freiburg
Das Bernstein Center Freiburg ist eine zentrale wissenschaftliche Einrichtung der Albert-Ludwigs-Universität Freiburg für die Forschungsgebiete Computational Neuroscience und Neurotechnologie. Computational Neuroscience wird dabei als hypothesengetriebener Forschungsansatz zur Erforschung der Mechanismen von Hirnfunktion und Dysfunktion definiert. Wissenschaftliche Synergien ergeben sich aus der komplementären Anwendung von Theorie, Simulation und Experiment.
http://www.bcf.uni-freiburg.de

Wissenschaftliche Ansprechpartner:

Prof. Dr. Ad Aertsen
Fakultät für Biologie / Bernstein Center Freiburg
Albert-Ludwigs-Universität Freiburg
Tel.: 0761/203-9550
aertsen@biologie.uni-freiburg.de

Prof. Dr. Arvind Kumar
Department of Computational Science and Technology
KTH Royal Institute of Technology
Tel: +46 (8) 790 62 24
arvkumar@kth.se

Originalpublikation:

https://www.nature.com/articles/s41583-018-0094-0

Weitere Informationen:

https://www.pr.uni-freiburg.de/pm/2018/kommunikation-zwischen-neuronalen-netzwer...

Rudolf-Werner Dreier | idw - Informationsdienst Wissenschaft

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Bakterien schwärmen aus
17.01.2019 | Philipps-Universität Marburg

nachricht Forscher der TU Dresden finden neuen Ansatz für Therapien für neurodegenerative Erkrankungen
17.01.2019 | Technische Universität Dresden

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: Ultra ultrasound to transform new tech

World first experiments on sensor that may revolutionise everything from medical devices to unmanned vehicles

The new sensor - capable of detecting vibrations of living cells - may revolutionise everything from medical devices to unmanned vehicles.

Im Focus: Fliegende optische Katzen für die Quantenkommunikation

Gleichzeitig tot und lebendig? Max-Planck-Forscher realisieren im Labor Erwin Schrödingers paradoxes Gedankenexperiment mithilfe eines verschränkten Atom-Licht-Zustands.

Bereits 1935 formulierte Erwin Schrödinger die paradoxen Eigenschaften der Quantenphysik in einem Gedankenexperiment über eine Katze, die gleichzeitig tot und...

Im Focus: Flying Optical Cats for Quantum Communication

Dead and alive at the same time? Researchers at the Max Planck Institute of Quantum Optics have implemented Erwin Schrödinger’s paradoxical gedanken experiment employing an entangled atom-light state.

In 1935 Erwin Schrödinger formulated a thought experiment designed to capture the paradoxical nature of quantum physics. The crucial element of this gedanken...

Im Focus: Implantate aus Nanozellulose: Das Ohr aus dem 3-D-Drucker

Aus Holz gewonnene Nanocellulose verfügt über erstaunliche Materialeigenschaften. Empa-Forscher bestücken den biologisch abbaubaren Rohstoff nun mit zusätzlichen Fähigkeiten, um Implantate für Knorpelerkrankungen mittels 3-D-Druck fertigen zu können.

Alles beginnt mit einem Ohr. Empa-Forscher Michael Hausmann entfernt das Objekt in Form eines menschlichen Ohrs aus dem 3-D-Drucker und erklärt: «Nanocellulose...

Im Focus: Nanocellulose for novel implants: Ears from the 3D-printer

Cellulose obtained from wood has amazing material properties. Empa researchers are now equipping the biodegradable material with additional functionalities to produce implants for cartilage diseases using 3D printing.

It all starts with an ear. Empa researcher Michael Hausmann removes the object shaped like a human ear from the 3D printer and explains:

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

16. BF21-Jahrestagung „Mobilität & Kfz-Versicherung im Fokus“

17.01.2019 | Veranstaltungen

Erstmalig in Nürnberg: Tagung „HR-Trends 2019“

17.01.2019 | Veranstaltungen

Wie Daten und Künstliche Intelligenz die Produktion optimieren

16.01.2019 | Veranstaltungen

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

Leistungsschub für alle Omicron Laser

17.01.2019 | Messenachrichten

16. BF21-Jahrestagung „Mobilität & Kfz-Versicherung im Fokus“

17.01.2019 | Veranstaltungsnachrichten

Mit Blutgefäßen aus Stammzellen gegen Volkskrankheit Diabetes

17.01.2019 | Biowissenschaften Chemie

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