Wie erkennt das Gehirn feine Unterschiede

Wie machen Leute es schaffen, Ihren Weg zu finden in der Nachbarschaft, obwohl die Straßen ähnlich Aussehen? Forscher der Universität Bonn haben neue Erkenntnisse über einen Mechanismus, der sehr wahrscheinlich eine große Rolle spielt in dieser Fähigkeit. Besonders interessant: Es scheint nur gut zu funktionieren, wenn das Gehirn oszilliert in einem speziellen Rhythmus. Die Ergebnisse wurden in der Fachzeitschrift eLife.

Wenn Sie möchten, zu erkennen, Unterschiede zwischen zwei Fotos, die Sie verwenden können, die software zu subtrahieren ein Bild von den anderen. Identische Bereiche schwarz werden, während die Bereiche, die geändert wurden zwischen den Aufnahmen abheben.

Das Gehirn auch nutzt fortschrittliche Methoden für die Signalverarbeitung zu markieren kleine Abweichungen, zum Beispiel, zwischen der Erinnerung an eine Straße und die nahe gelegenen Häuserzeilen.

Eine wichtige Rolle in diesem Prozess scheint gespielt zu werden, die durch eine bestimmte Struktur des Gehirns, dem gyrus dentatus. Es befindet sich im hippocampus, einer region, spielt eine wichtige Rolle bei Gedächtnis-Prozesse bei Säugetieren. Ohne Sie, die Mäuse haben große Schwierigkeiten in der Erkennung kleiner Veränderungen.

Ein Mechanismus namens feedback-Hemmung ist wahrscheinlich eine Schlüsselrolle. In diesem Prozess sind die Neuronen gehemmt wird stärker, je mehr aktiv Sie oder Ihre Nachbarn vorher waren. Dieser Verarbeitungsschritt in einem gewissen Sinne verstärkt die Diskrepanzen zwischen den beiden stimulus-Muster—Sie werden mehr unähnlich. Auch Muster, die sehr ähnlich sind, getrennt werden kann, sehr genau von einander.

Computer-simulation, den so genannten gyrus dentatus,

Dies ist zumindest die Annahme. „Zum ersten mal haben wir nun untersucht, um die zelluläre Ebene, wie plausibel diese Theorie eigentlich ist“, erklärt Dr. Oliver Braganza aus dem Leben & Brain Center der Universität Bonn.

Zu diesem Zweck haben die Wissenschaftler stimuliert bestimmte Zellen im gyrus dentatus von Mäusen und dann bestimmt, inwieweit andere Neuronen gehemmt waren. Anhand von zahlreichen Messungen, wurden Sie dann in der Lage, um zu bestimmen, wo die hemmende Signale ankommen, wenn die Hemmung beginnt und wie lange es dauert.

„Wir fliesst dann diese Daten in eine computer-simulation“, sagt Braganza. „Dies erlaubt es uns, zu zeigen, ob dieser Mechanismus tatsächlich zu einer besseren Trennung von ähnlichen stimulus-Muster und, wenn ja, unter welchen Bedingungen.“

Die Analyse in der Tat zeigen, dass die feedback-Schaltkreis des gyrus dentatus von Mäusen verstärken können Unterschiede in der stimulus-Muster. Interessanterweise, dies funktioniert am effektivsten in der simulation wenn das Gehirn pendelte hin und her zwischen Aktivität und Inaktivität in einem bestimmten Rhythmus.

Es ist lange bekannt, dass Nervenzellen stimuliert werden kann, um das Feuer leichter zu manchen Zeiten als zu anderen. Diese Schwankungen in der Aktivität Folgen einem regelmäßigen Rhythmus. Allerdings ist seine Frequenz, d.h. die Geschwindigkeit der Schwankungen verändern können. Zum Beispiel, während der traumlosen-Schlaf das Gehirn schwingt in einem langsameren Tempo als während des Tages.

Es ist der Rhythmus, der ankommt

Neuere Forschungen zeigen, dass das Gehirn der Maus angezeigt, so genannte gamma-Oszillationen während des Lernens. „In unserer simulation können wir nun sehen, dass Muster Trennung funktioniert besonders gut bei dieser Frequenz“, sagt der Leiter der Arbeitsgruppe, Prof. Dr. Heinz Beck, der auch ein Forscher am deutschen Zentrum für Neurodegenerative Erkrankungen.

Der Grund: In der gamma-Rhythmus, der timecourse der Hemmung scheint zu beeinflussen, Aktivität Muster besonders gut. In anderen Worten: Die Hemmung, ausgelöst durch ein erstes Muster entwickelt seine volle Wirkung genau dann, wenn eine zweite Muster ist für die meisten aktiven in der dentate gyrus.

Es gibt einen weiteren Punkt, der Braganza findet besonders interessant in diesem Zusammenhang: „Krankheiten wie Alzheimer, Schizophrenie oder Temporallappen-Epilepsie sind in der Regel begleitet durch eine veränderte Gehirn-Rhythmus“, sagt er. „Vielleicht erklärt das die Gedächtnisstörungen, die so oft gesehen in diesen drei Erkrankungen.“