Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Neuronale Grundlage der räumlichen Ortung

10.10.2005


Eine Publikation des Marburger Neurophysikers Frank Bremmer zur neuronalen Grundlage der räumlichen Ortung wurde in die "Faculty of 1000" eingestuft, der webbasierten wissenschaftliche Bibliothek, in der besonders wertvolle Arbeiten aus dem Bereich der Lebenswissenschaften, die einen hohen Erkenntnissprung bedeuten, zusammengeführt werden.



Wir nehmen unsere Umwelt über verschiedene Sinne wahr: Sehen, Hören, Fühlen, Gleichgewichtssinn, Schmecken und Riechen. Die Zuordnung der verschiedenen Signale zu einem einzelnen Objekt und seinem Ort geschieht im Gehirn. Dabei wird jedoch das Bild eines bewegten Objektes, z.B. eine Autos, zunächst an einem anderen Ort der Großhirnrinde, dem so genannten Cortex, verarbeitet als der akustische Eindruck, in dem Falle der eines Geräuschs des laufenden Motors. Wie aber gelingt es uns, diese verschiedenen Signalströme wieder zu einem einheitlichen Signal und der Wahrnehmung eines fahrenden Autos zusammen zu führen.

... mehr zu:
»PPC »Reiz »VIP »Wahrnehmung


Eine Antwort auf diese Frage lieferte eine im Sommer diesen Jahres publizierte Arbeit, an der der Marburger Neurophysiker Professor Dr. Frank Bremmer maßgeblich beteiligt war. Die im Journal of Neuroscience erschienene Publikation wurde nun in die "Faculty of 1000" aufgenommen. Hierbei handelt es sich um eine webbasierte, wissenschaftliche Bibliothek, in der besonders wertvolle Arbeiten aus dem Bereich der Lebenswissenschaften ("Life Sciences"), die einen hohen Erkenntnissprung bedeuten, zusammengeführt werden. Es handelt sich also um eine hohe Auszeichnung der wissenschaftlichen Arbeit von Bremmer und seinen Kollegen.

Unser tägliches Leben ist zwar durch das Sehen dominiert, doch können wir uns auch über das Hören oder das Fühlen in der Welt orientieren. Was uns an diesem Umstand als trivial erscheint, beruht in Wahrheit auf komplizierten Verschaltungen im Gehirn, die noch weitestgehend unverstanden sind. Vor allem die Tatsache, dass Signale aus den unterschiedlichen Sinnessystemen - Sehen, Hören, Fühlen, Gleichgewichtssinn, Schmecken und Riechen - zunächst an unterschiedlichen Orten im Gehirn verarbeitet werden, macht schon auf den ersten Blick deutlich, dass es sich bei der Verarbeitung dieser Reize vermutlich um aufwändige neuronale Prozesse handeln muss. In der Tat haben verschiedene neurowissenschaftliche Experimente in der Vergangenheit zeigen können, dass ein bestimmter Bereich des Cortex, der sog. hintere Scheitellappen (Posteriorer Parietal-Cortex, PPC), maßgeblich für eine intakte multisensorische Wahrnehmung der Welt ist.

So konnten Patientenstudien zeigen, dass die Schädigung des PPC ein charakteristisches Verhaltensdefizit zur Folge hat. PPC-Patienten nehmen Objekte in dem Teil des Raumes, der der Läsion gegenüber liegt, nicht wahr, obwohl ihre Augen intakt und die ersten Schritte der visuellen Signalverarbeitung unbeeinträchtigt sind. In einigen bestimmten Fällen essen Patienten (typischerweise nach einer rechtsseitigen Läsion) nicht von der linken Seite des Tellers, oder sie stoßen häufig mit ihrer linken Schulter gegen Türrahmen oder andere Hindernisse. Aufgrund dieses Krankheitsbildes bezeichnet man das Phänomen auch als kontralateralen Neglect. Interessanterweise haben PPC-Patienten jedoch nicht nur Defizite bei der Wahrnehmung visueller Reize. Vielmehr ist auch die Wahrnehmung akustischer und taktiler (Berührungs-) Reize davon betroffen. Nicht zuletzt aufgrund solcher neuropsychologischer Befunde geht man davon aus, dass der Parietalcortex der Verarbeitung so genannter multisensorischer Reize dient.

Diese und ähnliche Befunde zur Funktionsweise des PPC dienten der Gruppe um Prof. Bremmer bei ihrer tierexperimentellen Arbeit, die gemeinsam mit Kollegen an der Ruhr-Universität Bochum durchgeführt wurde, als Ausgangspunkt. Die Neurowissenschaftler gingen der Frage nach, ob Nervenzellen in einem bestimmten Bereich des PPC, dem so genannten ventralen intraparietalen Areal (VIP), sowohl auf visuelle wie auch auf akustische Reize antworten. Das Areal VIP im Cortex des Rhesusaffen (Makaken) wurde als Zielareal gewählt, weil die Bochum-Marburger Wissenschaftlergruppe zuvor in einer bildgebenden Studie nachweisen konnte, dass das Areal VIP bei Makaken wie auch bei Menschen existiert. Die Neurowissenschaftler zeigten, dass Versuchsergebnisse, die man tierexperimentell gewinnt, auch auf den Menschen übertragen werden können.

In ihrer aktuellen Arbeit konnte die Gruppe um Bremmer erstmals zeigen, dass in der Tat mehr als 80% der Nervenzellen in Area VIP des Makaken auf akustische Reize reagieren. Die Bedeutung des Befundes wird durch die Tatsache verstärkt, dass die Nervenzellen nur dann antworten, wenn sich akustische oder visuelle Reize an einem identischen Raumort befinden (rezeptives Feld). Übertragen auf das obige Beispiel bedeutet dies, dass Zellen nur dann antworten, wenn das Bild eines Autos am selben Raumort erscheint wie das Motorengeräusch.

Im täglichen Leben führen wir sehr häufig - häufiger als unser Herz schlägt - schnelle, ruckartige Augenbewegungen aus. So gleiten beim Lesen dieser Zeilen die Augen nicht kontinuierlich über den Text, sondern es ergibt sich ein abwechselndes Muster von Augenbewegungen (sog. Sakkaden) und Phasen des Augenstillstandes (Fixation). Bei jedem Wechsel der Blickrichtung verändert sich das Bild der Umwelt auf der Retina, obwohl das betrachtete Objekt, wie der vor Ihnen befindliche Computermonitor mit dem Text, selbst jedoch in Ruhe. Aufgrund bislang nur wenig verstandener neuronaler Kompensationsprozesse nehmen wir in solchen Situationen die Objekte der Umwelt trotz ihrer Bewegung auf der Netzhaut als ruhig und stabil wahr. Ein solcher Kompensationsmechanismus für visuelle Reize könnte bei Zellen, die auch auf akustische Reize antworten, zur "Verwirrung" führen, wenn nach einer Sakkade der visuelle Reiz an einer anderen Raumposition wahrgenommen würde als der akustische Reiz. Mit anderen Worten stellten sich Bremmer und Kollegen im letzten Teil ihrer Arbeit die Frage, ob das Bezugssystem, in dem die unterschiedlichen Sinnesreize eines Objektes kodiert werden, identisch ist. Und überraschenderweise konnten die Neurowissenschaftler tatsächlich zeigen, dass es in Area VIP des Makaken Zellen gibt, deren RF für akustische Reize sich bei Verlagerung der Augen auch im Raum verlagert. All dies, obwohl doch die Ohren und der Kopf unbewegt im Raum verharrten.

Weitere Informationen:
Professor Dr. Frank Bremmer,
Fachbereich Physik der Philipps-Universität,
Am Renthof 7,
35032 Marburg,
Tel. 06421/28-24162,
E-Mail: bremmer@staff.uni-marburg.de

Dr. Viola Düwert | idw
Weitere Informationen:
http://www.uni-marburg.de

Weitere Berichte zu: PPC Reiz VIP Wahrnehmung

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Gesellschaftswissenschaften:

nachricht Mit stochastischer Spieltheorie zu mehr Kooperation
05.07.2018 | Institute of Science and Technology Austria

nachricht Deutschland wächst – aber nicht überall
24.04.2018 | Bundesinstitut für Bau-, Stadt- und Raumforschung (BBSR)

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Gesellschaftswissenschaften >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Superscharfe Bilder von der neuen Adaptiven Optik des VLT

Das Very Large Telescope (VLT) der ESO hat das erste Licht mit einem neuen Modus Adaptiver Optik erreicht, die als Lasertomografie bezeichnet wird – und hat in diesem Rahmen bemerkenswert scharfe Testbilder vom Planeten Neptun, von Sternhaufen und anderen Objekten aufgenommen. Das bahnbrechende MUSE-Instrument kann ab sofort im sogenannten Narrow-Field-Modus mit dem adaptiven Optikmodul GALACSI diese neue Technik nutzen, um Turbulenzen in verschiedenen Höhen in der Erdatmosphäre zu korrigieren. Damit ist jetzt möglich, Bilder vom Erdboden im sichtbaren Licht aufzunehmen, die schärfer sind als die des NASA/ESA Hubble-Weltraumteleskops. Die Kombination aus exquisiter Bildschärfe und den spektroskopischen Fähigkeiten von MUSE wird es den Astronomen ermöglichen, die Eigenschaften astronomischer Objekte viel detaillierter als bisher zu untersuchen.

Das MUSE-Instrument (kurz für Multi Unit Spectroscopic Explorer) am Very Large Telescope (VLT) der ESO arbeitet mit einer adaptiven Optikeinheit namens GALACSI. Dabei kommt auch die Laser Guide Stars Facility, kurz ...

Im Focus: Diamant – ein unverzichtbarer Werkstoff der Fusionstechnologie

Forscher am KIT entwickeln Fenstereinheiten mit Diamantscheiben für Fusionsreaktoren – Neue Scheibe mit Rekorddurchmesser von 180 Millimetern

Klimafreundliche und fast unbegrenzte Energie aus dem Fusionskraftwerk – für dieses Ziel kooperieren Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler weltweit. Bislang...

Im Focus: Wiener Forscher finden vollkommen neues Konzept zur Messung von Quantenverschränkung

Quantenphysiker/innen der ÖAW entwickelten eine neuartige Methode für den Nachweis von hochdimensional verschränkten Quantensystemen. Diese ermöglicht mehr Effizienz, Sicherheit und eine weitaus geringere Fehleranfälligkeit gegenüber bisher gängigen Mess-Methoden, wie die Forscher/innen nun im Fachmagazin „Nature Physics“ berichten.

Die Vision einer vollständig abhörsicheren Übertragung von Information rückt dank der Verschränkung von Quantenteilchen immer mehr in Reichweite. Wird eine...

Im Focus: Was passiert, wenn wir das Atomgitter eines Magneten plötzlich aufheizen?

„Wir haben jetzt ein klares Bild davon, wie das heiße Atomgitter und die kalten magnetischen Spins eines ferrimagnetischen Nichtleiters miteinander ins Gleichgewicht gelangen“, sagt Ilie Radu, Wissenschaftler am Max-Born-Institut in Berlin. Das internationale Forscherteam fand heraus, dass eine Energieübertragung sehr schnell stattfindet und zu einem neuartigen Zustand der Materie führt, in dem die Spins zwar heiß sind, aber noch nicht ihr gesamtes magnetisches Moment verringert haben. Dieser „Spinüberdruck“ wird durch wesentlich langsamere Prozesse abgebaut, die eine Abgabe von Drehimpuls an das Gitter ermöglichen. Die Forschungsergebnisse sind jetzt in "Science Advances" erschienen.

Magnete faszinieren die Menschheit bereits seit mehreren tausend Jahren und sind im Zeitalter der digitalen Datenspeicherung von großer praktischer Bedeutung....

Im Focus: Erste Beweise für Quelle extragalaktischer Teilchen

Zum ersten Mal ist es gelungen, die kosmische Herkunft höchstenergetischer Neutrinos zu bestimmen. Eine Forschungsgruppe um IceCube-Wissenschaftlerin Elisa Resconi, Sprecherin des Sonderforschungsbereichs SFB1258 an der Technischen Universität München (TUM), liefert ein wichtiges Indiz in der Beweiskette, dass die vom Neutrino-Teleskop IceCube am Südpol detektierten Teilchen mit hoher Wahrscheinlichkeit von einer Galaxie in vier Milliarden Lichtjahren Entfernung stammen.

Um andere Ursprünge mit Gewissheit auszuschließen, untersuchte das Team um die Neutrino-Physikerin Elisa Resconi von der TU München und den Astronom und...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Innovation – the name of the game

18.07.2018 | Veranstaltungen

Wie geht es unserer Ostsee? Ein aktueller Zustandsbericht

17.07.2018 | Veranstaltungen

Interdisziplinäre Konferenz: Diabetesforscher und Bioingenieure diskutieren Forschungskonzepte

13.07.2018 | Veranstaltungen

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

Vernetzte Beleuchtung: Weg mit dem blinden Fleck

18.07.2018 | Energie und Elektrotechnik

BIAS erhält Bremens größten 3D-Drucker für metallische Luffahrtkomponenten

18.07.2018 | Verfahrenstechnologie

Verminderte Hirnleistung bei schwachem Herz

18.07.2018 | Medizin Gesundheit

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