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Wie viel Information kodieren neuronale Spikes?

16.03.2017

Neuronen kommunizieren über kurze Spannungspulse, sogenannte „Spikes“. Aber wie die Neuronen diese Spikes nutzen, um Information zu übertragen, ist noch immer eine offene Frage. Neue Erkenntnisse aus dem Max-Planck-Institut für Hirnforschung (AG ‘Theorie neuronaler Dynamik’) zeigen, dass durch Analyse paarweise Korrelationen man der Beantwortung dieser Frage einen Schritt näher kommt.

Um das Gehirn zu verstehen, ist es notwendig die Regeln zu entschlüsseln, die die Neuronen benutzen, um untereinander Information auszutauschen. Die Hauptakteure neuronaler Kommunikation sind die Spikes.


In vielen Situationen genügt es nur den Raum der paarweise Korrelationen auszuwerten (blau), um die neuronale Information zu verstehen, anstatt alle Spikekombinationen betrachten zu müssen (grau).

Tatjana Tchumatchenko / Max-Planck-Institute für Hirnforschung

Dies sind kurze elektrische Pulse, die zu bestimmten Zeiten von einem Neuron zu einem anderen gesendet werden. Eine Abfolge von Spikes kann als Binärcode betrachtet werden, dabei bedeutet ein “1” dass ein Spike stattgefunden hat und “0” repräsentiert die Abwesenheit eines Spikes.

Nun stellt man sich die Frage, wie viel Information tatsächlich eine Spikeabfolge wie 00010100… enthält. Welche von den möglichen 0-1 Kombinationen sollten analysiert werden damit das Eingangssignal eines Neurons dekodiert werden kann?

Vor allem letztere Frage ist nicht trivial da fast eine unendliche Anzahl Kombinationen von „0” und “1” möglich sind.

Tatjana Tchumatchenko und ihr Team legen mit einem theoretischen Ansatz dar, dass nur eine begrenzte Kombinationsmenge erforderlich ist und dass Korrelationen zwischen Paaren von Spikes (Zwei Zeitpunkte an denen eine „1“ vorkommt) ausreichen, um den neuronalen Code einzelner Neurone zu knacken.

Ihre Ergebnisse wurden nun in dem Journal Nature Communications veröffentlicht.

Veröffentlichung: Dettner, A., Münzberg, S., Tchumatchenko, T. (2016). Temporal pairwise spike correlations fully capture single-neuron information. Nature Communications 15;7:13805.

Weitere Informationen:

http://brain.mpg.de/news-events/news/news/archive/2017/march/article/how-much-in...

Dr. Arjan Vink | Max-Planck-Institut für Hirnforschung

Weitere Berichte zu: Binärcode Code Gehirn Hirnforschung Kombinationen Max-Planck-Institut Neuronen Spikes

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