Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Das Netzwerk im Kopf - Was unser Gehirn mit dem Internet gemeinsam hat

28.05.2010
Unser Gehirn funktioniert wie eine Menge verschiedener Netzwerke – so wie das Internet auch. Könnte uns unser Wissen über das Internet nun beim Verständnis unseres Gehirns behilflich sein?

Gabriele Lohmann und ihre Kollegen vom Leipziger Max Planck Institut für Kognitions- und Neurowissenschaften sowie von der Medizinischen Fakultät der Universität Leipzig haben eine neue Methode entwickelt, die sich Prinzipien von Suchmaschinen im Internet zu Nutze macht, um fMRT-Daten des menschlichen Gehirns besser und effizienter auswerten werden können (PLoS One, 27. April 2010).


Vergleich der Eigenvektor-Zentralitätswerte von satten und hungrigen Probanden. Durch die neue Auswertungsmethode konnte erstmals gezeigt werden, dass bei satten Probanden im Belohnungszentrum des Gehirns (ventrales Striatum) besonders starke Aktivität auftritt. Ein gefüllter Magen wird vom Gehirn als „Belohnung“ gewertet (orange = höhere Zentralität im gesättigten Zustand; blau = höhere Zentralität im hungrigen Zustand).

Wollen Neurologen etwas über die Aktivität bestimmter Gehirnareale herausfinden, bedienen sie sich immer öfter der Magnetresonanztomografie. Diese Methode misst den Sauerstoffgehalt des Blutes im Gehirn. Mit Hilfe dieser Kenngröße kann man Rückschlüsse auf die Aktivitäten einzelner Hirnregionen ziehen.

Um die Daten aus funktioneller Magnetresonanztomografie (fMRT) auszuwerten, braucht man mathematische Modelle. In Experimenten, bei denen Probanden Aufgaben erfüllen müssen, ist die Auswertung relativ einfach. Man misst die Sauerstoffanreicherung im Blut, während der Proband verschiedene Aufgaben absolviert. Anschließend werden die Werte verglichen. Signifikante Unterschiede in den Messwerten weisen darauf hin, dass diese Gehirnareale für die Bewältigung der jeweils gewählten Aufgabe verantwortlich sind. Was macht man jedoch, wenn die einzige „Aufgabe“ des Probanden darin besteht, entweder hungrig oder satt zum Experiment zu erscheinen?

Die Auswertung solcher Messwerte bereitete den Forschern bisher Schwierigkeiten – vor allem, wenn sie nicht unmittelbar auf einen experimentellen Stimulus zurückzuführen waren, sondern die allgemeine Situation im Gehirn widerspiegelten. So etwas tritt z. B. auf, wenn der Proband keine Aufgabe gestellt bekommt, sondern sich eben lediglich in verschiedenen Zuständen wie beispielsweise „Hunger“ oder „Sattheit“ befindet. Abhilfe schafft nun ein neu entwickeltes mathematisches Verfahren, das – in abgewandelter Form – auch bei Internet-Suchmaschinen zum Einsatz kommt und dort über die Reihenfolge der angezeigten Suchergebnisse entscheidet: die „Eigenvektor-Zentralität“.

Hier kommt die Tatsache zu Hilfe, dass das Gehirn – genau wie das Internet – ein Netzwerk mit „small world properties“ ist. Jeder Messpunkt im Gehirn oder jede Internetseite kann als ein Knotenpunkt in diesem Netzwerk angesehen werden. Die Knoten können miteinander durch Kanten verbunden sein, genauso wie zwei Homepages untereinander verlinkt sein können.

Bei der Eigenvektor-Zentralität werden die Knotenpunkte nach der Art und der Qualität der Verbindungen zu anderen Knoten gewichtet. Es ist also einerseits wichtig, wie viele Verknüpfungen von einem Knoten selbst ausgehen, und andererseits, wie gut das Netzwerk der Nachbarknoten ist. Gemäß diesem Prinzip erscheinen auch Internetseiten, die mit hochfrequentierten Homepages wie zum Beispiel „Wikipedia“ verknüpft sind, in der Auflistung der Suchergebnisse von Suchmaschinen wie „Google“ weiter oben als solche Seiten, die keine guten Verknüpfungen aufweisen. „Die Vorteile der Auswertung von fMRT-Ergebnissen mit Hilfe der Eigenvektor- Zentralität liegen auf der Hand“, erklärt Gabriele Lohmann, Erstautorin des Artikels. Das Verfahren betrachtet die Zusammenarbeit der Hirnregionen insgesamt und ist vom Rechenaufwand her überschaubar. Damit ist es ideal dafür geeignet, um zustandsbedingte Aktivitätsmuster im Gehirn aufzuspüren.

Originalveröffentlichung:

G. Lohmann, D. S. Margulies, A. Horstmann, B. Pleger, J. Lepsien, et al. Eigenvector Centrality Mapping for Analyzing Connectivity Patterns in fMRI Data of the Human Brain PLoS ONE 5(4): e10232. doi:10.1371/journal.pone.0010232 (27. April 2010)

Kontakt:
PD Dr. Gabriele Lohmann
Max-Planck-Institut für Kognitions- und Neurowissenschaften, Leipzig
Tel.: (0)341 9940-2622
Email: lohmann@cbs.mpg.de
Dr. Christina Schröder
Forschungskoordinatorin
Max-Planck-Institut für Kognitions- und Neurowissenschaften, Leipzig
Tel.: (0)341 9940-132

Claudia Steinert | Max-Planck-Institut
Weitere Informationen:
http://www.cbs.mpg.de

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Energie und Elektrotechnik:

nachricht Macht Sinn: Fraunhofer entwickelt Sensorsystem für KMU
15.08.2018 | Fraunhofer-Institut für Optronik, Systemtechnik und Bildauswertung IOSB

nachricht Nachhaltige Thermoprozesse
15.08.2018 | Fraunhofer-Institut für Silicatforschung ISC

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Energie und Elektrotechnik >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

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...

Im Focus: Der Roboter als „Tankwart“: TU Graz entwickelt robotergesteuertes Schnellladesystem für E-Fahrzeuge

Eine Weltneuheit präsentieren Forschende der TU Graz gemeinsam mit Industriepartnern: Den Prototypen eines robotergesteuerten CCS-Schnellladesystems für Elektrofahrzeuge, das erstmals auch das serielle Laden von Fahrzeugen in unterschiedlichen Parkpositionen ermöglicht.

Für elektrisch angetriebene Fahrzeuge werden weltweit hohe Wachstumsraten prognostiziert: 2025, so die Prognosen, wird es jährlich bereits 25 Millionen...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Das Architekturmodell in Zeiten der Digitalen Transformation

14.08.2018 | Veranstaltungen

EEA-ESEM Konferenz findet an der Uni Köln statt

13.08.2018 | Veranstaltungen

Digitalisierung in der chemischen Industrie

09.08.2018 | Veranstaltungen

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

Macht Sinn: Fraunhofer entwickelt Sensorsystem für KMU

15.08.2018 | Energie und Elektrotechnik

Magnetische Antiteilchen eröffnen neue Horizonte für die Informationstechnologie

15.08.2018 | Informationstechnologie

FKIE-Wissenschaftler präsentiert neuen Ansatz zur Detektion von Malware-Daten in Bilddateien

15.08.2018 | Informationstechnologie

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