Gehirn synchronisiert Bereiche, um Aufmerksamkeit zu schenken
Neue Forschungen haben ergeben, dass das Gehirn die Aktivität verschiedener Regionen zu synchronisieren scheint, was es einer Person ermöglicht, aufmerksam zu sein oder sich auf eine Aufgabe zu konzentrieren.
Laut Wissenschaftlern der Medizinischen Fakultät der Washington University in St. Louis ähnelt der Prozess dem Einstellen mehrerer Walkie-Talkies auf dieselbe Frequenz, um klare Kommunikationskanäle herzustellen.
"Wir glauben, dass das Gehirn nicht nur Regionen, die die Aufmerksamkeit erleichtern, in Alarmbereitschaft versetzt, sondern auch sicherstellt, dass diese Regionen offene Leitungen haben, um sich gegenseitig anzurufen", sagte die Erstautorin Amy Daitch, eine Doktorandin im Aufbaustudium.
Die Forscher stellten fest, dass Menschen, die an Hirnverletzungen oder Schlaganfällen leiden, häufig Probleme haben, aufmerksam zu sein und sich zu konzentrieren.
"Aufmerksamkeitsdefizite bei Hirnverletzungen wurden als Verlust der Ressourcen angesehen, die erforderlich sind, um sich auf eine Aufgabe zu konzentrieren", sagte der leitende Autor Maurizio Corbetta, M. D., Professor für Neurologie bei Norman J. Stupp.
"Diese Studie zeigt jedoch, dass die zeitliche Ausrichtung von Reaktionen in verschiedenen Hirnregionen auch ein sehr wichtiger Mechanismus ist, der zur Aufmerksamkeit beiträgt und durch Hirnverletzungen beeinträchtigt werden könnte."
Um die mit der Aufmerksamkeit verbundenen Gehirnveränderungen zu analysieren, verwendeten die Wissenschaftler Elektrodengitter, die vorübergehend in das Gehirn von Patienten mit Epilepsie implantiert wurden. Der Co-Senior-Autor Eric Leuthardt, Associate Professor für Neurochirurgie und Bioengineering, verwendet die Gitter, um die chirurgische Entfernung von Hirngewebe abzubilden, die zu unkontrollierbaren Anfällen beiträgt.
Die Gitter ermöglichen es Leuthardts Labor auch, die Aktivität des menschlichen Gehirns in einem Detaillierungsgrad zu untersuchen, der mit keiner anderen Methode verfügbar ist, stellten die Forscher fest.
Normalerweise untersuchen sie die Aufmerksamkeit mithilfe der Magnetresonanztomographie (MRT), mit der Änderungen der Gehirnaktivität erkannt werden können, die alle zwei bis drei Sekunden auftreten. Mit den vorhandenen Gittern können die Wissenschaftler die Änderungen untersuchen, die in Millisekunden auftreten.
Bevor die Gitter implantiert wurden, scannten die Forscher das Gehirn von sieben Epilepsiepatienten und verwendeten MRT, um Regionen abzubilden, von denen bekannt ist, dass sie zur Aufmerksamkeit beitragen. Mit den vorhandenen Gittern überwachten sie dann die Gehirnzellen, während die Patienten nach visuellen Zielen Ausschau hielten, und richteten ihre Aufmerksamkeit auf verschiedene Stellen auf einem Computerbildschirm, ohne ihre Augen zu bewegen. Als die Patienten die Ziele sahen, drückten sie einen Knopf, um die Wissenschaftler wissen zu lassen, dass sie sie gesehen hatten.
"Wir haben Gehirnschwingungen analysiert, die Schwankungen in der Erregbarkeit einer lokalen Gehirnregion widerspiegeln - mit anderen Worten, wie schwierig oder einfach es für ein Neuron ist, auf eine Eingabe zu reagieren", sagte Daitch. "Wenn Bereiche des Gehirns, die an der Erkennung eines Stimulus beteiligt sind, maximale Erregbarkeit aufweisen, ist es viel wahrscheinlicher, dass Sie den Stimulus bemerken."
Die Erregbarkeit steigt und fällt regelmäßig in den Zellen, aus denen eine bestimmte Gehirnregion besteht, erklärten die Forscher. Diese Schwingungen sind jedoch normalerweise nicht zwischen verschiedenen Gehirnregionen ausgerichtet.
Die Studienergebnisse zeigten, dass die Gehirnregionen, die für die Beachtung visueller Reize am wichtigsten sind, während sie ihre Aufmerksamkeit richteten, ihre Erregbarkeitszyklen anpassten, wodurch sie gleichzeitig anfingen, die Spitzen ihrer Zyklen zu treffen. In Regionen, die nicht an der Aufmerksamkeit beteiligt waren, änderten sich die Erregbarkeitszyklen nach Angaben der Forscher nicht.
"Wenn die Zyklen zweier Gehirnregionen nicht ausgerichtet sind, verringert sich die Wahrscheinlichkeit, dass ein Signal von einer Region in eine andere Region gelangt", sagte Corbetta.
Daitch, Corbetta und Leuthardt untersuchen nun, ob die Kenntnis nicht nur des Ortes, sondern auch des Tempos der Aufgabe es den Teilnehmern ermöglicht, die Erregbarkeit ihrer Gehirnregionen schneller in Einklang zu bringen.
Die Studie wurde in der veröffentlicht Verfahren der Nationalen Akademie der Wissenschaften.
Quelle: Washington University School of Medicine
