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Campus Göttingen Relevant oder irrelevant?
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00:19 31.07.2017
Von Nadine Eckermann
Quelle: r
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Göttingen

Wie Tausende Menschen in einer belebten Fußgängerzone strömen den ganzen Tag über Informationen an uns vorbei. Unser Gehirn ist in der Lage, aus diesem Überfluss auszuwählen, was für uns relevant ist und was nicht - in Sekundenbruchteilen. Aber: Wie macht das Gehirn das?

Das Gehirn ist ein dicht verknüpftes Netzwerk von Neuronen, die ihre Verbindungen nicht so oft und nicht so schnell verändern können. Die Max-Planck-Forscherin Dr. Agostina Palmigiano hat nun, gemeinsam mit einem internationalen Team, einen flexiblen Mechanismus aufgedeckt, die Informationspfade in wenigen Hundert Millisekunden neu zu verknüpfen. Die Forschergruppe arbeitete unter der Leitung von Prof. Fred Wolf, Direktor des Bernstein-Zentrums für Computational Neuroscience und Leiter der Forschungsgruppe Theoretische Neurophysik am Göttinger Max-Planck-Institut für Dynamik und Selbstorganisation. Weiterer Kopf der Gruppe war Dr. Demian Battaglia an der Universität Aix-Marseille in Frankreich.

Wie Hirnbereiche mit anderen kommunizieren, ist unklar

„Neuronen im Gehirn arbeiten in kleinen Populationen von einigen Tausenden von Zellen zusammen, die gemeinsam eingehende Informationen verarbeiten“, erklären die Forscher. „Sind die Aktivitäten der Neuronen koordiniert, beobachtet man oft Schwingungen ihrer Signalbearbeitung. “ Wie Hirnbereiche mit anderen kommunizieren, dafür gebe es bisher keine Erklärung. „Aktivitätsschwingungen können potenziell als zeitliche Struktur wirken, die die Übermittlung von Informationen zwischen entfernten Teilen des Gehirns steuert“, so die Wissenschaftler. Sie vergleichen die Kommunikation mit der elektronischen Datenvermittlung: Sind Sender und Empfänger nicht auf derselben Wellenlänge, kommen die Infos nicht an. Palmigiano und ihre Kollegen fanden nun heraus, dass weit voneinander entfernte Hirnbereiche auch kurze Schwingungsstöße spontan koordinieren können, wenn sie mit starken Verbindungen verknüpft sind.

Die Koordination der Schwingungsstöße dirigiere dabei, wie Informationen zwischen den Gehirnbereichen fließen, erklären die Wissenschaftler. Ein Beispiel mit drei miteinander verbundenen Gehirnbereichen soll das veranschaulichen: Ein Zielbereich kann relevante Informationen aus einem Eingabebereich und irrelevante Informationen von einem anderen gleichzeitig erhalten. Wie kann er dem einem folgen und den anderen ignorieren? Palmigiano und ihre Kollegen stellten fest, dass vorübergehende Schwingungsstöße in jedem Bereich eine flexible zeitliche Struktur zur Verfügung stellen, die einen unidirektionalen Informationstransfer zwischen den Bereichen bewirkt. Bereiche, deren Oszillation zeitlich denen anderer vorausläuft, fungieren automatisch als Absender, während diejenigen, deren Oszillation mit einer zeitlichen Verschiebung nachläuft, optimale Empfänger sind. Sender und Empfänger können so innerhalb von wenigen Hundert Millisekunden wechseln.

Wie kann die „Aufmerksamkeit“ nun auswählen, wem letztendlich zuhört wird? Palmigiano und Kollegen fanden heraus, dass die Verstärkung eines unspezifischen Hintergrundsignals in einem der zusammenwirkenden Bereiche ausreicht, um diesen dadurch zum Sender zu machen. Irgendwo im Gehirn entscheidet sich, worauf wir achten sollten.

Unspezifische Signale an bestimmte Hirnbereiche

Die neuen Ergebnisse legen deshalb nahe, dass, sobald dies geschieht, solche unspezifischen Signale an die Hirnbereiche verschickt werden, die gerade die relevantesten Nachrichten weitergeben können. Andere haben dadurch automatisch nur eine geringere Chance Gehör zu finden. Erste Hinweise für diese Art von Mechanismus wurden experimentell gefunden. „Unsere Ergebnisse zeigen einen Mechanismus für ein selbstorganisiertes und dadurch flexibles Weiterleiten von Information, das nicht allein von der fixen Verdrahtung verschiedener Gehirnbereiche abhängt, sondern von ihrem dynamischen Zusammenspiel“, betont Wolf.