Zum Thema ‘Gehirnforschung’

Die moderne Gehirnforschung begann mit der Phrenologie, als Franz Joseph Gall Zusammenhänge zwischen Arealen des Gehirns und kognitiven Funktionen herstellte.

Erinnern ist immer auch Ergänzen



Da das menschliche Gedächtnis erfahrungsgemäß nicht in der Lage ist, sich an alle Details einer vergangenen Erfahrung zu erinnern, füllt es solche Lücken mit wahrscheinlichen Informationen auf. Um nun zu überprüfen, wie das Gehirn solche Gedächtnisinhalte beim Erinnern ergänzt, haben Staresina et al. (2019) Versuchspersonen in acht Versuchsdurchgängen jeweils zehn Landschaftsbilder gezeigt, wobei in jeder Aufnahme ein Detailfoto mit einem von zwei Objekten eingefügt war, etwa eine Himbeere oder ein Skorpion. Die Probanden – Epilepsiepatienten, denen Elektroden ins Gehirn eingepflanzt worden waren – durften jedes der zusammengesetzten Fotos drei Sekunden lang betrachten. Nach einer Pause erhielten sie in einem zweiten Durchgang nur die Landschaften zu sehen und sollten dann angeben, ob dort ursprünglich zusätzlich die Himbeere oder der Skorpion aufgetaucht waren. In der Erinnerungsphase feuerten zunächst die Nervenzellen im Hippocampus, was auch bei einer Kontrollaufgabe der Fall war, bei der die Probanden sich nur einfache Landschaftsaufnahmen einprägen mussten. Bei der Aufgabe, in der die Bilder eine zusätzliche Information enthalten hatten, dauerte die Aktivität des Hippocampus jedoch deutlich länger, wobei während dieser Verlängerung zusätzlich Neuronen im entorhinalen Cortex zu feuern begannen. Dieses Aktivitätsmuster im Cortex ähnelte stark der Erregung, die man dort in der Lernphase gemessen hatte, also bei der Betrachtung des zusammengesetzten Bildes. Diese Ähnlichkeit ging so weit, dass eine Analysesoftware aus der Aktivität des entorhinalen Cortex ablesen konnte, ob sich der jeweilige Teilnehmer gerade an einen Skorpion oder eine Himbeere erinnerte. Dabei handelt es sich um eine Re-Instanziierung, d. h., die Erinnerung versetzt die Nervenzellen in einen ähnlichen Zustand, wie sie ihn beim Betrachten des Fotos hatten. Vermutlich ist der Hippocampus für diese Re-Instanziierung verantwortlich, wobei die hippocampalen Nervenzellen, die in der Verlängerung aktiv werden, mit ihrem Erregungsmuster dem Gedächtnis möglicherweise mitteilen, wo genau der fehlende Teil der Erinnerung abgelegt ist.

Literatur

Staresina, Bernhard P., Reber, Thomas P., Niediek, Johannes, Boström, Jan, Elger, Christian E. & Mormann, Florian (2019). Recollection in the human hippocampal-entorhinal cell circuitry. Nature Communications, doi:10.1038/s41467-019-09558-3.



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Wahrnehmung und Aufmerksamkeit verändern sich im Alter



Oft leiden ältere Menschen unter Gedächtnis- oder Konzentrationsproblemen und befürchten, darin die Anzeichen einer beginnenden Demenz zu erkennen. Daher sind Untersuchungen wichtig, die herausfinden, wie sich die Wahrnehmung und Aufmerksamkeit im Alter verändern und worin sich diese Veränderungen beim gesunden Altern von einer beginnenden Demenz unterscheiden. So weiß man, dass die Geschwindigkeit aller geistigen Prozesse mit dem Lebensalter kontinuierlich abnimmt, und zwar linear bereits ab dem jüngeren Erwachsenenalter. Es zeigt sich, dass die Wahrnehmung stark von Erwartungen beeinflusst wird, wobei nicht alle Aufmerksamkeitsleistungen bei gesunden älteren Menschen verringert sind, und dass auch diese noch sehr gut in der Lage sind, sich auf Wichtiges zu konzentrieren und dabei Hinweise zu nutzen, um ihre Aufmerksamkeit und Wahrnehmung zu verbessern. Auch ist das Nachlassen der Wahrnehmungsgeschwindigkeit im Alter individuell sehr unterschiedlich ausgeprägt, was offenbar damit zusammenhängt, ob und wie stark sich die Organisation von Hirnnetzwerken verändert. Man fand in Untersuchungen typische Veränderungen in der Konnektivität bestimmter Areale, die im Zusammenhang mit der Verlangsamung der Sinnesverarbeitung stehen.

Literatur

Ruiz-Rizzo, A. L., Neitzel, J., Müller, H. J., Sorg, C. & Finke, K. (2018). Distinctive correspondence between separable visual attention functions and intrinsic brain networks. Frontiers in Human Neuroscience, 12, 89.
Ruiz-Rizzo, A. L. et al. (2019). Decreased cingulo-opercular network functional connectivity mediates the impact of aging on visual processing speed. Neurobiology of Aging, 73, 50-60.
Haupt, M., Sorg, C., Napiórkowski, N. & Finke, K. (2018). Phasic alertness cues modulate visual processing speed in healthy aging. Neurobiology of Aging, 70, 30-39.



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Schleifen im episodischen Gedächtnis



Bekanntlich ist das menschliche Gedächtnis einerseits sehr präzise, d. h., es kann ähnliche Ereignisse trennen, andererseits ist es integrativ, d. h., es kann sich an Gemeinsamkeiten zwischen ähnlichen Ereignissen erinnern. Jüngste Befunde (Koster et al., 2018) stellen nun die damit verbundene Hypothese in Frage, dass der Hippocampus auf das episodische Gedächtnis spezialisiert ist, indem man zeigen konnte, dass er auch die Integration von Informationen über ältere Erfahrungen hinweg unterstützt, sodass das das menschliche Gedächtnis gleichzeitig detailgetreu und integrativ sein kann. Der neue Ansatz geht nun davon aus, dass diese beiden gegensätzlichen Funktionen durch Schleifen erreicht werden.

Ultrahochauflösende fMRI-Daten unterstützen diese Annahme, da sie zeigen, dass gewonnenen Informationen als neuer Input auf dem oberflächlichen entorhinalen Cortex präsentiert werden, wobei diese funktionelle Konnektivität zwischen der tiefen und oberflächlichen entorhinalen Schicht gesteuert wird. Darüber hinaus korrelierte die Größe dieser Konnektivität mit der inferenzmäßigen Leistung, was ihre Bedeutung für das Verhalten unterstreicht. Offenbar speichert das Gedächtnis ähnliche Ereignisse zwar erst getrennt ab, speist aber diese getrennten Erinnerungen wieder ins Gedächtnis zurück, damit diese in einem zweiten Schritt miteinander verknüpft werden können.

Diese Ergebnisse bieten eine neue Perspektive auf die Informationsverarbeitung innerhalb des Hippocampus und unterstützen einen einheitlichen Rahmen, in dem der Hippocampus die Struktur höherer Ordnung über Erfahrungen hinweg erfasst, indem er einen dynamischen Gedächtnisspeicher aus getrennten episodischen Codes für individuelle Erfahrungen schafft.

Literatur

Raphael Koster, Martin J. Chadwick, Yi Chen, David Berron, Andrea Banino, Emrah Düzel, Demis Hassabis & Dharshan Kumaran (2018). Big-Loop Recurrence within the Hippocampal System Supports Integration of Information across Episodes, Neuron, 99, 1342–1354.



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