Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Wie sich das Gehirn merkt, wo man hinmöchte

04.07.2019

Das Gehirn scheint eine Art GPS-System für die räumliche Orientierung zu besitzen; doch wie genau es funktioniert, ist bislang nicht verstanden. Forscher aus Freiburg, Bochum und Peking beschreiben in der Zeitschrift Science Advances eine mögliche Rolle von rhythmischen Fluktuationen in der Hirnaktivität, den Theta-Oszillationen.

Diese Hirnwellen könnten helfen, sich den Ort zu merken, zu dem man navigieren möchte. Zu diesem Ergebnis kamen die Forscher nach Studien mit Epilepsie-Patienten, denen zur Operationsplanung Elektroden in das Gehirn implantiert worden waren. Über die Elektroden zeichneten die Wissenschaftler die neuronale Aktivität während einer Navigationsaufgabe in der virtuellen Realität auf.


Menschen und Tiere finden sich in komplexen Umgebungen zurecht – auch ohne Kompass. Wie das Gehirn diese Leistung vollbringt, wollen Bochumer und Freiburger Forscher herausfinden.

© RUB, Marquard

Ein Team um Dr. Lukas Kunz, Universitätsklinikum Freiburg, und Prof. Dr. Nikolai Axmacher, Leiter der Abteilung Neuropsychologie an der Ruhr-Universität Bochum, veröffentlichte die Ergebnisse am 3. Juli 2019.

Versuche in der virtuellen Realität

Frühere Studien hatten bereits ergeben, dass die Oszillationen in der neuronalen Aktivität beim Navigieren ein charakteristisches Muster aufweisen. Die Theta-Oszillationen, bei denen sich die Hirnaktivität mit einer Frequenz von ungefähr vier Hertz ändert, scheinen eine zentrale Rolle zu spielen. Wie genau sie zur räumlichen Orientierung beitragen, war aber nicht klar.

Im Versuch lernten die teilnehmenden Epilepsie-Patienten, bestimmte Objekte in einer virtuellen Umgebung mit bestimmten Orten zu assoziieren. Für jede dieser erlernten Assoziationen identifizierten die Wissenschaftler das charakteristische Hirnaktivitätsmuster.

Später mussten die Probandinnen und Probanden sich erinnern, welches Objekt mit welchem Ort assoziiert gewesen war. Während sie im Gedächtnis nach dem passenden Ort suchten und in der virtuellen Umgebung zu diesem Ort navigierten, reaktivierte das Gehirn die ortscharakteristischen Aktivitätsmuster.

Diese Reaktivierung der Hirnaktivität erfolgte für verschiedene Objekt-Ort-Paare zu verschiedenen Zeitpunkten im Verlauf der Theta-Oszillationen. „Die Theta-Oszillationen könnten also die Reaktivierung verschiedener Erinnerungen koordinieren und außerdem helfen, konkurrierende Erinnerungen auseinanderzuhalten“, sagt Lukas Kunz.

Auf der Suche nach einem Biomarker für Alzheimer

„Viele Krankheiten gehen mit Desorientierung und Gedächtnisverlust einher, daher ist es wichtig, die zugrunde liegenden neuronalen Mechanismen zu verstehen“, erklärt Nikolai Axmacher. Der Bochumer Forscher und seine Kollegen hoffen, dass ihre Studien eines Tages helfen können, Biomarker für solche neurologischen Krankheiten zu finden.

Förderung

Die Arbeiten wurden unterstützt von: Bundesministerium für Bildung und Forschung (Fördernummer 01GQ1705A), Deutscher Forschungsgemeinschaft (EXC 1086, SFB 1280, SFB 874), Bundesministerium für Wirtschaft und Energie, Medizinische Fakultät der Universität Freiburg, Epilepsie-Akademie Berlin-Bethel der Bodelschwingh-Stiftung Bethel in Bielefeld, National Science Foundation (BCS-1724243), National Institutes of Health (563386), Chinese Academy of Science (XDB32010300), Beijing Municipal Science and Technology Commission, (Z171100000117014), Natural Science Foundation of China (31771255), Else-Kröner-Fresenius-Stiftung.

Wissenschaftliche Ansprechpartner:

Dr. Lukas Kunz
Spatial Memory Lab, Epilepsiezentrum, Klinik für Neurochirurgie
Universitätsklinikum Freiburg
Tel.: 0761 270 52870
E-Mail: lukas.kunz@uniklinik-freiburg.de

Prof. Dr. Nikolai Axmacher
Abteilung Neuropsychologie
Institut für Kognitive Neurowissenschaft
Fakultät für Psychologie
Ruhr-Universität Bochum
Tel.: 0234 32 22674
E-Mail: nikolai.axmacher@rub.de

Originalpublikation:

Lukas Kunz et al.: Hippocampal theta phases organize the reactivation of large-scale electrophysiological representations during goal-directed navigation, in: Science Advances, 2019, DOI: 10.1126/sciadv.aav8192

Dr. Julia Weiler | idw - Informationsdienst Wissenschaft
Weitere Informationen:
https://news.rub.de/wissenschaft/2019-07-04-neurowissenschaft-wie-sich-das-gehirn-merkt-wo-man-hinmoechte

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Studien Analysen:

nachricht Studie „Digital Gender Gap“
06.01.2020 | Kompetenzzentrum Technik-Diversity-Chancengleichheit e. V.

nachricht Studie zeigt, wie Immunzellen Krankheitserreger einfangen
03.01.2020 | Universität des Saarlandes

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Studien Analysen >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Fraunhofer IOSB-AST und DRK Wasserrettungsdienst entwickeln den weltweit ersten Wasserrettungsroboter

Künstliche Intelligenz und autonome Mobilität sollen dem Strukturwandel in Thüringen und Sachsen-Anhalt neue Impulse verleihen. Mit diesem Ziel fördert das Bundeswirtschaftsministerium ab sofort ein innovatives Projekt in Halle (Saale) und Ilmenau.

Der Wasserrettungsdienst Halle (Saale) und das Fraunhofer Institut für Optronik,
Systemtechnik und Bildauswertung, Institutsteil Angewandte Systemtechnik...

Im Focus: A step towards controlling spin-dependent petahertz electronics by material defects

The operational speed of semiconductors in various electronic and optoelectronic devices is limited to several gigahertz (a billion oscillations per second). This constrains the upper limit of the operational speed of computing. Now researchers from the Max Planck Institute for the Structure and Dynamics of Matter in Hamburg, Germany, and the Indian Institute of Technology in Bombay have explained how these processes can be sped up through the use of light waves and defected solid materials.

Light waves perform several hundred trillion oscillations per second. Hence, it is natural to envision employing light oscillations to drive the electronic...

Im Focus: Haben ein Auge für Farben: druckbare Lichtsensoren

Kameras, Lichtschranken und Bewegungsmelder verbindet eines: Sie arbeiten mit Lichtsensoren, die schon jetzt bei vielen Anwendungen nicht mehr wegzudenken sind. Zukünftig könnten diese Sensoren auch bei der Telekommunikation eine wichtige Rolle spielen, indem sie die Datenübertragung mittels Licht ermöglichen. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern des Karlsruher Instituts für Technologie (KIT) am InnovationLab in Heidelberg ist hier ein entscheidender Entwicklungsschritt gelungen: druckbare Lichtsensoren, die Farben sehen können. Die Ergebnisse veröffentlichten sie jetzt in der Zeitschrift Advanced Materials (DOI: 10.1002/adma.201908258).

Neue Technologien werden die Nachfrage nach optischen Sensoren für eine Vielzahl von Anwendungen erhöhen, darunter auch die Kommunikation mithilfe von...

Im Focus: Einblicke in die Rolle von Materialdefekten bei der spin-abhängigen Petahertzelektronik

Die Betriebsgeschwindigkeit von Halbleitern in elektronischen und optoelektronischen Geräten ist auf mehrere Gigahertz (eine Milliarde Oszillationen pro Sekunde) beschränkt. Die Rechengeschwindigkeit von modernen Computern trifft dadurch auf eine Grenze. Forscher am MPSD und dem Indian Institute of Technology in Bombay (IIT) haben nun untersucht, wie diese Grenze mithilfe von Lichtwellen und Festkörperstrukturen mit Defekten erhöht werden könnte, um noch größere Rechenleistungen zu erreichen.

Lichtwellen schwingen mehrere hundert Trillionen Mal pro Sekunde und haben das Potential, die Bewegung von Elektronen zu steuern. Im Gegensatz zu...

Im Focus: Charakterisierung von thermischen Schnittstellen für modulare Satelliten

Das Fraunhofer IFAM in Dresden hat ein neues Projekt zur thermischen Charakterisierung von Kupfer/CNT basierten Scheiben für den Einsatz in thermalen Schnittstellen von modularen Satelliten gestartet. Gefördert wird das Projekt „ThermTEST“ für 18 Monate vom Bundesministerium für Wirtschaft und Energie.

Zwischen den Einzelmodulen von modularen Satelliten werden zur Kopplung eine Vielzahl von Schnittstellen benötigt, die nach ihrer Funktion eingeteilt werden...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Gemeinsam auf kleinem Raum - Mikrowohnen

19.02.2020 | Veranstaltungen

Chemnitzer Linux-Tage am 14. und 15. März 2020: „Mach es einfach!“

12.02.2020 | Veranstaltungen

4. Fachtagung Fahrzeugklimatisierung am 13.-14. Mai 2020 in Stuttgart

10.02.2020 | Veranstaltungen

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

Supercomputer „Hawk“ eingeweiht: Höchstleistungsrechenzentrum der Universität Stuttgart erhält neuen Supercomputer

19.02.2020 | Informationstechnologie

Soziale Netzwerke geben Aufschluss über Dates von Blaumeisen

19.02.2020 | Biowissenschaften Chemie

Gemeinsam auf kleinem Raum - Mikrowohnen

19.02.2020 | Veranstaltungsnachrichten

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