Wie viele Neurone braucht eine Empfindung?
Etwa zwei Millionen Neurone enth?lt die somatosensorische Hirnrinde
(Kortex) der Ratte – die Region des Gehirns, die taktile Wahrnehmungen
verarbeitet. Dass trotz dieser enormen Vielzahl die Aktivit?t eines
einzigen Neurons eine Sinnesempfindung erzeugen kann, haben Arthur
Houweling und Michael Brecht von der Humboldt-Universit?t zu Berlin und
dem Bernstein Zentrum für Computational Neuroscience Berlin nun
herausgefunden. "Angesichts der gro?en Zahl von Neuronen im Kortex war
man bisher meist davon ausgegangen, dass erst das Zusammenspiel gro?er
Gruppen von Neuronen eine bewusste Wahrnehmung erzeugen kann. Wir
zeigen, dass die Aktivit?t einzelner Neurone sehr viel bedeutungsvoller
ist als bisher angenommen", erkl?rt Brecht seine Ergebnisse. Die
Forschungsarbeit wird am 19. Dezember in der renommierten
Fachzeitschrift Nature online publiziert.
Sehen, h?ren, tasten – jeder Sinneseindruck wird im Gehirn verarbeitet
und l?sst sich darauf zurückführen, dass Nervenzellen elektrische
Impulse aussenden. Noch ist allerdings wenig darüber bekannt, nach
welchem Prinzip eine solche neuronale Informationskodierung
funktioniert. Sind jeweils ganze Populationen von Neuronen an jedem
Verarbeitungsschritt beteiligt, so dass kleine Fehler einzelner Zellen
ausgeglichen werden? Oder sind es nur wenige Neurone, die dann
entsprechend sehr genau arbeiten müssen? Dass die Aktivit?t einzelner
Neurone ausreicht, um ein Tasthaar einer Ratte um einen Winkel von
wenigen Grad zu bewegen, hat Brecht bereits im Jahre 2004 gezeigt. Ob
einzelne Neurone bei der Wahrnehmung eine ?hnlich zentrale Rolle
spielen, ist nun die n?chste Frage, der er sich in seiner aktuellen
Studie gewidmet hat.
Es ist bereits bekannt, dass die Anregung gr??erer Gruppen von Neuronen
im somatosensorischen Kortex von Menschen einen taktilen Sinneseindruck
hervorruft und auch Tiere reagieren auf eine solche Stimulation. Die
Wissenschaftler um Brecht reizten nun einzelne Neurone, die am Tastsinn
der Ratte beteiligt sind, mit winzigen Str?men im Bereich einiger
Nanoampere, die jeweils circa 15 neuronale Impulse hervorriefen. Die
Wahrnehmung der Ratte überprüften die Wissenschaftler mit Hilfe eines
Verhaltenstests – die Ratten waren darauf trainiert, mit einer
Leckbewegung auf Berührungsempfinden zu antworten. So konnten die
Wissenschaftler zeigen, dass diese wenigen Impulse eines einzigen
Neurons von der Ratte bemerkt werden k?nnen.
Das hei?t jedoch nicht, dass die Aktivit?t eines jeden Neurons ins
Bewusstsein gelangt – damit w?re das Gehirn überfordert. Wie gut die
Ratte auf die erh?hte Aktivit?t eines Neurons reagiert, und ob sie
diese überhaupt wahrnimmt, h?ngt von verschiedenen Faktoren ab – zum
einen vom Neuronentyp und zum anderen von der Ansprechschwelle
nachgeschalteter Neurone, die das Signal weiterleiten. Dennoch zeigen
die Experimente deutlich, dass das Gehirn weit weniger redundant
arbeitet, als bisher gedacht. "Wir gehen davon aus, dass die neuronale
Aktivit?t im Kortex wesentlich niedriger ist, als bisher angenommen.
Der Kortex funktioniert sehr pr?zise und eine Empfindung kommt
zumindest nicht in allen F?llen erst durch das Mitteln gro?er
Populationen von Zellen zustande ", so Brecht.
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Originalver?ffentlichung:
Arthur R. Houweling und Michael Brecht (2007). Behavioural report of
single neuron stimulation in somatosensory cortex. Nature, online
publiziert am 19. Dez 2007, doi:10.1038/nature06447
金贝棋牌:
Prof. Dr. Michael Brecht
Humboldt-Universit?t zu Berlin
Bernstein Center for Computational Neuroscience
Unter den Linden 6
10099 Berlin
tel.: (0)30/2093-6772
Email: michael.brecht(at)bccn-berlin.de
Christine Schniedermann
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