Leipziger Max-Planck-Institut für Kognitions- und Neurowissenschaften Warum unser Gehirn nie wie ein Computer arbeiten wird

Informationen werden vom Gehirn immer anders verarbeitet - auch wenn der Reiz genau derselbe ist. Das haben Leipziger Wissenschaftler ermittelt. Und sie haben auch Gründe dafür gefunden.

Digitales menschliches Gehirn mit Schaltplan und Laptop auf einem Tisch. 3D-Illustration.
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Die Forscher vom Max-Planck-Institut für Kognitions- und Neurowissenschaften (MPI CBS) untersuchten für ihre im "Journal of Neuroscience" erschienene Studie, wie bestimmte Netzwerke in unseren Gehirnen auf eintreffende Reize reagieren. Die Frage dabei war, warum wir auf diese Reize, etwa Töne, Bilder oder Berührungen, anders reagieren - auch wenn der Reiz selbst gleich bleibt. Bisher bekannt war schon, dass es von den wechselnden Zuständen der Netzwerke abhängt - aber folgen diese auch einem bestimmten Rhythmus?

Dafür gaben die Leipziger Wissenschaftler um den Erstautor Tilman Stephani ihren Probanden tausende kleine aufeinanderfolgende elektrische Ströme in den Hauptnerv im Unterarm. 20 Millisekunden später führten diese Stimulationen in einem bestimmten Bereich der Großhirnrinde, dem primären somatosensorischen Cortex, zu einer Reaktion. Über ein Elektroenzephalogramm (EEG) wurde festgestellt, wie die jeweiligen Stimulationen das Gehirn anregten.

Umgang mit Informationen wird schon in Großhirnrinde geregelt

Die Experten fanden so heraus, dass es vom Eintritt der Informationen in die Großhirnrinde abhängt, wie stark die Netzwerke im Gehirn angeregt werden können. Im erwähnten primären somatosensorischen Cortex sind die Nervenzellen unterschiedlich erregbar, was wiederum darüber entscheidet, wie die Informationen weiter verarbeitet werden. Wie das Gehirn mit Reizen umgeht, wird also schon am Eingang der Großhirnrinde entschieden und nicht erst auf höheren Ebenen, wie man bisher annahm.

Es gibt immer eine gewisse Aktivität zwischen den Neuronen eines Netzwerks, auch wenn scheinbar keine äußeren Einflüsse auf uns wirken. Das System ist also nie vollkommen inaktiv.

Tilman Stephani, Erstautor der Studie

Der Leipziger Neurowissenschaftler Tilman Stephani.
Der Leipziger Neurowissenschaftler Tilman Stephani. Bildrechte: MPI CBS

Gleichgewicht zwischen Erregung und Hemmung

Unsere Nervenzellen erhalten damit dauernd Informationen, etwa aus unserem Körper über Herzschlag, Verdauung oder Atmung. Sie sind sogar dann aktiv, wenn sie keinen weiteren Input bekommen. "Diese internen Prozesse beeinflussen ständig die Erregbarkeit verschiedener Hirnnetzwerke", erklärt Stephani, der am MPI CBS als Doktorand tätig ist. Aus diesem Grund funktioniere das Gehirn auch nicht wie ein Computer, sondern wird durch die Dynamik der Nervenzellen bestimmt.

Diese Dynamik verläuft dabei nicht zufällig, sondern nach einem zeitlichen Muster. Der aktuelle Zustand hängt vom vorherigen ab und beeinflusst dann den nachfolgenden - eine sogenannte langanhaltende Autokorrelation. "Dass der Cortex so in seiner Erregbarkeit variiert, deutet darauf hin, dass sich seine Netzwerke nahe an einem sogenannten 'kritischen' Zustand befinden", sagt Stephani. Sie schwankten dauernd in einem Gleichgewicht zwischen Erregung und Hemmung.

Grafik Gehirnreize
Wie stark der Cortex durch einen Reiz (Blitz-Symbol) erregbar ist, ist nicht dem Zufall überlassen. Der Wechsel zwischen geringerer und stärkerer Reizbarkeit folgt vielmehr einem bestimmten zeitlichen Muster (violette Linie = jeweilige Hirnantwort als EEG-Muster). Der aktuelle Zustand hängt vom vorherigen ab und beeinflusst wiederum den nachfolgenden. Man spricht hier von langanhaltender Autokorrelation (blaue Linie). Bildrechte: Stephani/ MPI CBS

Mechanismus schützt uns wohl vor Reizüberflutung

Laut den Leipziger Forschern könnte dieses Gleichgewicht mit darüber entscheiden, wie das Gehirn Reize verarbeitet. Dabei könnte es auch helfen, die Vielfalt der auf uns eintreffenden Informationen zu filtern. So überlastet uns ein einzelner Reiz nicht, wird aber auch regelmäßig wahrgenommen.

In einer zweiten Studie wollen sich die Wissenschaftler um die Frage kümmern, ob Reize stärker umgesetzt werden, wenn sie in einem Moment starker Erregung des Netzwerks eintreffen. "Hier können aber auch andere Prozesse eine Rolle spielen, zum Beispiel die Aufmerksamkeit", erläutert Tilman Stephani. Wenn diese nämlich auf etwas anderes gelenkt wird, kann ein weniger beachteter Reiz zwar eine erste starke Reaktion des Gehirns hervorrufen - nachgelagerte Prozesse im Großhirn verhindern dann aber eine bewusste Wahrnehmung des Reizes.

pm/cdi

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