Tacikowski et al. (2024) haben untersucht, wie das menschliche Gehirn unbewusst aus Erfahrungen lernt. Es wurde nachgewiesen, dass das Gehirn zeitliche und räumliche Muster in unseren Erlebnissen erkennt und speichert, um zukünftige Ereignisse vorherzusagen, wobei diese Prozesse oft ohne bewusstes Wissen stattfinden und eine zentrale Rolle für das Lernen und Gedächtnis spielen. Die Studie fokussiert sich auf den Hippocampus und den entorhinalen Cortex, zwei Gehirnregionen, die für das episodische Gedächtnis verantwortlich sind. Die Forschenden nutzten eine innovative Technik, bei der intrakranielle Elektroden in das Gehirn von Epilepsie-Patienten implantiert wurden. Diese Methode ermöglichte es, die Aktivität von über tausend einzelnen Nervenzellen auf Millisekunden genau zu messen – eine Präzision, die mit herkömmlichen Verfahren wie EEG nicht möglich ist.
Die Experimente zeigten, dass Nervenzellen im Hippocampus und entorhinalen Cortex nicht nur auf einzelne Bilder reagierten, sondern auch auf deren zeitliche und räumliche Beziehungen zueinander. In einem Experiment, bei dem den Teilnehmern Bilder in einer unsichtbaren, pyramidenförmigen Struktur gezeigt wurden, konnten die Forscher feststellen, dass die Gehirnzellen begannen, die zeitliche Struktur der Bilder zu speichern. Selbst nachdem die Bilder zufällig präsentiert wurden, blieb das gespeicherte Muster im Gehirn der Teilnehmer bestehen, was darauf hinweist, dass das Gehirn die Reihenfolge und das Timing der Bilder vorherzusagen begann. Offenbar integrieren die Neuronen die „Was“- und „Wann“-Informationen miteinander, um eine beständige, vorhersagende Darstellung der zeitlichen Struktur der Erlebnisse zu schaffen. Diese Fähigkeit ist ein grundlegender Bestandteil des Lernens, der es Menschen ermöglicht, nicht nur zu erinnern, sondern auch Vorhersagen über zukünftige Ereignisse zu treffen.
Allerdings haben Liebe et al. (2025) neue Erkenntnisse über die Rolle neuronaler Netzwerke bei der Speicherung und Wiedererkennung von Sequenzen gefunden, wobei man als Datengrundlage Elektroden nutzte, die zur Behandlung von schwer therapierbarer Epilepsie in das Gehirn implantiert worden waren. Diese Implantate eröffneten die seltene Möglichkeit, die Aktivität einzelner Neuronen während einer Gedächtnisaufgabe direkt zu messen, wobei sich die Probanden die Reihenfolge von Bildern merken mussten, die ihnen auf einem Bildschirm präsentiert wurden. Entgegen der bestehenden Theorie zeigte sich, dass die Abfolge der neuronalen Reaktionen nicht mit der Reihenfolge der gezeigten Bilder übereinstimmte. Um die Ergebnisse weiter zu analysieren, trainierte man ein rekurrentes neuronales Netzwerk mit der gleichen Gedächtnisaufgabe und beobachteten ähnliche Aktivierungsmuster wie bei den menschlichen Probanden. Durch diese Simulation mit KI entdeckten die Forschenden daher eine alternative Erklärung für die Speicherung von Reihenfolgen im Gehirn, dass nämlich anstatt einer sequentiellen Aktivierung einzelner Neuronen offenbar das Zusammenspiel von Hirnschwingungen, Stimulus-Timing und neuronalen Signalen eine entscheidende Rolle spielt.
Literatur
Literatur Liebe, S., Niediek, J., Pals, M., Reber, T. P., Faber, J., Boström, J., Elger, C. E., Macke, J. H. & Mormann, F. (2025). Phase of firing does not reflect temporal order in sequence memory of humans and recurrent neural networks. Nature Neuroscience, doi:10.1038/s41593-025-01893-7
Stangl, W. (2025, 25. März). Die neuronale Kodierung der Reihenfolge von Ereignissen im Gedächtnis. Psychologie-News.
https:// psychologie-news.stangl.eu/5696/die-neuronale-kodierung-der-reihenfolge-von-ereignissen-im-gedaechtnis.
Tacikowski, P., Kalender, G., Ciliberti, D., Fried, I. (2024). Human hippocampal and entorhinal neurons encode the temporal structure of experience. Nature, 635, 160-167.
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