Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Visuelle Verarbeitung im Gehirn wird durch reduziertes Rauschen verbessert

05.11.2013
Eine gemeinschaftliche Studie des DPZ hat Änderungen der Variabilität in der Hirnaktivität nachgewiesen, die die Verarbeitung wichtiger und für einen Organismus interessanter Signale in einer für visuelle Aufmerksamkeit wichtigen Hirnregion verbessert

Neurowissenschaftler Suresh Krishna aus der Abteilung Kognitive Neurowissenschaften des Deutschen Primatenzentrum (DPZ) in Göttingen hat in Zusammenarbeit mit Annegret Falkner und Michael Goldberg von der Columbia University, New York nachgewiesen, in welchem Maße einzelne Neurone in einer wichtigen Hirnregion des Rhesusaffen weniger variabel reagieren, wenn sie wichtige visuelle Informationen verarbeiten, während die Tiere Augenbewegungen ausführen.


Die Abbildung zeigt ein sogenanntes LIP-Valley.
Falkner et al. 2013

Diese Rauschreduktion kann die Wahrnehmungsstärke von beobachteten oder wichtigen Aspekten unserer visuellen Umwelt verbessern und fällt noch stärker aus, je motivierter die Tiere sind, die Aufgabe auszuführen.

Wenn ein Mensch das gleiche Objekt oft hintereinander sieht, zum Beispiel einen auf und ab hüpfenden Jojo, ist die Reaktion seiner Neuronen auf den optischen Reiz jedes Mal unterschiedlich; man nennt diese Variabilität „neuronales Rauschen“. Das Gleiche gilt für Rhesusaffen, deren visuelles System dem menschlichen sehr ähnlich ist. Diese Variabilität reduziert oft unsere Fähigkeit, ein schemenhaftes Objekt zu sehen oder einen undeutlichen Laut zu hören. Andererseits profitieren wir von variablen Nervenaktivitäten, weil sie ein essentieller Bestandteil entdeckenden Lernens sind und nötig für unvorhersagbares Verhalten beim körperlichen Wettbewerb.

Trotz dieser Bedeutsamkeit ist die Variabilität der Neuronen noch kaum erforscht. Neurowissenschaftler Suresh Krishna vom DPZ und seine Kollegen Annegret Falkner und Michael Goldberg von der Columbia University in New York haben die Reaktionen einzelner Neuronen im lateralen intraparietalen Kortex (LIP) im Gehirn von Rhesusaffen untersucht, während die Tiere die Augen bewegten, um verschiedene Stellen eines Monitors zu fokussieren. LIP ist eine Hirnregion, die eine große Rolle bei visueller Aufmerksamkeit und aktivem Erforschen mit den Augen spielt. Um die Hirnaktivität einzelner Neuronen zu messen, führten die Neurowissenschaftler haarfeine Elektroden in das Gehirn des Makaken ein und zeichneten die Aktivität auf. Da das Gehirn nicht schmerzempfindlich ist, verursachen die Elektroden den Rhesusaffen keine Schmerzen.

Suresh Krishna und seine Kollegen konnten in der Studie zeigen, dass die Aktivität der LIP-Neurone weniger variabel wird, wenn der Rhesusaffe eine Aufgabe plant und Augenbewegungen durchführt. Die Verringerung der Variabilität war besonders stark dort, wo der Affe genau hinzuschauen plante, und wenn er hoch motiviert war, die Aufgabe zu erfüllen. Die Neuronen produzieren also eine „Talsohle“ reduzierter Variabilität, die sich um die relevanten und interessanten Aspekte einer visuellen Szene bildet. Dies dürfte dem Gehirn helfen, die wichtigsten Aspekte aus allen Sinneseindrücken, die über das Auge einströmen, zu filtern. Die Wissenschaftler haben ein einfaches mathematisches Modell entwickelt, das diese Muster in den aufgezeichneten Daten beschreibt. Das Modell könnte sich auch als hilfreich für die Analyse von Daten aus anderen Hirnregionen erweisen.

„Unsere Studie ist eine der detailliertesten Beschreibungen neuronaler Variabilität im Gehirn. Sie bietet interessante Einblicke in so faszinierende Hirnfunktionen wie die Fokussierung visueller Aufmerksamkeit und die Kontrolle der Augenbewegungen während des aktiven Beobachtens visueller Szenen. Diese Talsohle der Variabilität, die wir entdeckt haben, könnte Tieren und Menschen helfen, mit ihrer komplexen Umwelt zu interagieren“, erläutert Suresh Krishna die Ergebnisse.

Originalpublikation
Annegret L. Falkner, Michael E. Goldberg and B. Suresh Krishna: Spatial Representation and Cognitive Modulation of Response Variability in the Lateral Intraparietal Area Priority Map. The Journal of Neuroscience, 9 October 2013, 33(41): 16117-16130;

doi: 10.1523/JNEUROSCI.5269-12.2013

Kontakt und Hinweise für Redaktionen

Dr. Suresh Krishna
Tel: +49 551 3851-354
E-Mail: skrishna@dpz.eu
Christian Kiel (Kommunikation)
Tel: +49 551 3851-424
E-Mail: ckiel@dpz.eu

Astrid Slizewski | idw
Weitere Informationen:
http://www.dpz.eu

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht In Form bleiben
16.08.2018 | Max-Planck-Institut für molekulare Zellbiologie und Genetik

nachricht Intelligente Fluoreszenzfarbstoffe
16.08.2018 | Gesellschaft Deutscher Chemiker e.V.

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: Eisen und Titan in der Atmosphäre eines Exoplaneten entdeckt

Forschende der Universitäten Bern und Genf haben erstmals in der Atmosphäre eines Exoplaneten Eisen und Titan nachgewiesen. Die Existenz dieser Elemente in Gasform wurde von einem Team um den Berner Astronomen Kevin Heng theoretisch vorausgesagt und konnte nun von Genfern Astronominnen und Astronomen bestätigt werden.

Planeten in anderen Sonnensystemen, sogenannte Exoplaneten, können sehr nah um ihren Stern kreisen. Wenn dieser Stern viel heisser ist als unsere Sonne, dann...

Im Focus: Magnetische Antiteilchen eröffnen neue Horizonte für die Informationstechnologie

Computersimulationen zeigen neues Verhalten von Antiskyrmionen bei zunehmenden elektrischen Strömen

Skyrmionen sind magnetische Nanopartikel, die als vielversprechende Kandidaten für neue Technologien zur Datenspeicherung und Informationsverarbeitung gelten....

Im Focus: Unraveling the nature of 'whistlers' from space in the lab

A new study sheds light on how ultralow frequency radio waves and plasmas interact

Scientists at the University of California, Los Angeles present new research on a curious cosmic phenomenon known as "whistlers" -- very low frequency packets...

Im Focus: Neue interaktive Software: Maschinelles Lernen macht Autodesigns aerodynamischer

Neue Software verwendet erstmals maschinelles Lernen um Strömungsfelder um interaktiv designbare 3D-Objekte zu berechnen. Methode wird auf der renommierten SIGGRAPH-Konferenz vorgestellt

Wollen Ingenieure oder Designer die aerodynamischen Eigenschaften eines neu gestalteten Autos, eines Flugzeugs oder anderer Objekte testen, lassen sie den...

Im Focus: New interactive machine learning tool makes car designs more aerodynamic

Scientists develop first tool to use machine learning methods to compute flow around interactively designable 3D objects. Tool will be presented at this year’s prestigious SIGGRAPH conference.

When engineers or designers want to test the aerodynamic properties of the newly designed shape of a car, airplane, or other object, they would normally model...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Aktuelles aus der Magnetischen Resonanzspektroskopie

16.08.2018 | Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen - Oktober 2018

16.08.2018 | Veranstaltungen

Das Architekturmodell in Zeiten der Digitalen Transformation

14.08.2018 | Veranstaltungen

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

Schatzkammer Datenbank: Digitalisierte Schwingfestigkeitskennwerte sparen Entwicklungszeit

16.08.2018 | Informationstechnologie

Interaktive Software erleichtert Design komplexer Gussformen

16.08.2018 | Informationstechnologie

Fraunhofer HHI entwickelt Quantenkommunikation für jedermann im EU-Projekt UNIQORN

16.08.2018 | Informationstechnologie

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