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Nervenzelle auf einem Chip mit Sensoren.

"Verschränkte" Gehirnzellen

Gruppen von Gehirnzellen verhalten sich ähnlich wie subatomare Teilchen in der Quantenphysik: Sie sind laut einer Studie räumlich voneinander entfernt und doch miteinander verschränkt. Diese Beobachtung könnte erklären, wie das Gehirn unterschiedliche Sinnesreize zusammenführt und integriert.

Denkmuster 13.01.2010

Welche Neuronen arbeiten zusammen?

Die Verschränkung ist ein Phänomen aus der Quantenphysik. Dabei sind zwei oder mehr voneinander entfernte Teilchen miteinander verbunden, das heißt, ihre Zustände sind voneinander abhängig. Man spricht daher auch von "spukhafter Fernwirkung".

Unser Denken und unser Verhalten basiert auf flüchtigen Verbindungen zwischen Neuronengruppen. Es ist aber relativ schwierig festzustellen, welche der vielen aktiven Nervenzellen gerade miteinander in Verbindung stehen.

Experimente konnten bereits zeigen, dass nicht direkt miteinander verbundene Gehirnzellen in unterschiedlichen Gehirnregionen sozusagen gemeinsam in der gleichen Frequenz schwingen können. Vermutlich ein Zeichen dafür, dass sie an derselben Aufgabe beteiligt sind.

Die Studie in "PLoS Biology": "Coherence Potentials: Loss-Less, All-or-None Network Events in the Cortex" von Tara C. Thiagarajan et al.

In ihrer aktuellen Studie wollten die Forscher um Tara C. Thiagarajan vom US-amerikanischen National Institute of Mental Health nun untersuchen, ob auch ganze Neuronengruppen durch komplexe elektrische Muster gekoppelt sind. Dafür analysierten sie die neuronale Aktivität zweier Makaken mittels implantierter Elektroden und jene von in Kulturschalen gezüchteten Nervenzellen.

"Perfekte Klone"

Dabei stellten sie fest, dass die Spannung in bestimmten Neuronengruppen, die mitunter bis zu zehn Millimeter voneinander entfernt waren, manchmal in exakt denselben Rhythmus stieg und wieder fiel.

Dieses Aktivitätsmuster, das die Forscher - in Analogie zum Aktionspotenzial auf der Ebene einzelner Zellen - Kohärenzpotenzial genannt haben, begann meist in einer einzigen Gruppe von Nervenzellen. Wenige Millisekunden später wurde das Muster dann von anderen Bereichen übernommen. Das Muster war sowohl in der Amplitude als auch in der Frequenz identisch. Laut den Forschern waren sie "perfekte Klone".

Durch die komplexe Wellenform könnten diese Kohärenzpotenziale als vieldimensionale Parameter zur Informationskodierung dienen, im Gegensatz zu Aktionspotenzialen, die lediglich zur binären Kodierung imstande sind.

Schwellwert der Aktivierung

Die geklonten Signale tauchten laut den Wissenschaftlern allerdings immer erst dann auf, wenn die Ausgangsaktivität einen bestimmten Schwellenwert überschritten hatte. Die Forscher vergleichen das im "New Scientist" mit dem "Tipping Point" in menschlichen Gesellschaften. Er bezeichnet jenen Punkt, an dem ein Trend plötzlich von einer breiten Masse übernommen wird.

Die Schwelle sichere vermutlich, dass nicht alle Signale, sondern nur signifikante Reize wahrgenommen werden.

Laut den Forschern scheinen die Kohärenzpotenziale in ihrem Muster einzigartig zu sein. Jedes könnte einen bestimmten Gedanken oder eine Erinnerung repräsentieren. Möglicherweise sei es ihr Zweck, Aktivität in all jenen Bereichen des Gehirns auszulösen, die z. B. verschiedene Aspekte ein und derselben Erfahrung abdecken. Ein Geruchs- oder ein Geschmacksreiz könnte so zur entsprechenden Aktivierung im visuellen Zentrum führen.

science.ORF.at

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