Wie das Gehirn relevante und irrelevante Informationen analysiert
Woher wissen wir angesichts der Flut von Informationen - und einer zunehmend lauten Welt -, was wichtig ist und was nicht?
Eine neue Studie zeigt, wie das Gehirn relevante von irrelevanten Informationen trennt.
"Für unseren Alltag ist es entscheidend, dass unser Gehirn die wichtigsten Informationen aus allem verarbeitet, was uns präsentiert wird", sagte Dr. Xiao-Jing Wang, globaler Professor für Neurowissenschaften an der New York University und der New York University Shanghai und Senior der Studie Autor.
"Innerhalb eines extrem komplizierten neuronalen Schaltkreises im Gehirn muss es einen Gating-Mechanismus geben, um relevante Informationen zur richtigen Zeit an den richtigen Ort zu leiten."
Die auf einem Rechenmodell basierende Analyse konzentriert sich auf hemmende Neuronen - die Verkehrspolizisten des Gehirns, die dazu beitragen, die richtigen neurologischen Reaktionen auf eingehende Reize sicherzustellen, indem sie andere Neuronen unterdrücken und exzitatorische Neuronen ausgleichen, die die neuronale Aktivität stimulieren sollen.
"Unser Modell verwendet ein grundlegendes Element des Gehirnkreislaufs, an dem mehrere Arten von inhibitorischen Neuronen beteiligt sind, um dieses Ziel zu erreichen", erklärte Wang. "Unser Rechenmodell zeigt, dass inhibitorische Neuronen es einem neuronalen Schaltkreis ermöglichen können, bestimmte Informationswege einzuschalten, während der Rest herausgefiltert wird."
In der Analyse unter der Leitung von Guangyu Robert Yang, einem Doktoranden in Wangs Labor, entwickelten die Forscher ein Modell, das eine kompliziertere Rolle für inhibitorische Neuronen darstellt als bisher vorgeschlagen.
Von besonderem Interesse für das Team war ein spezifischer Subtyp inhibitorischer Neuronen, der auf die Dendriten der exzitatorischen Neuronen abzielt - Komponenten eines Neurons, in denen sich Eingaben von anderen Neuronen befinden. Diese Dendriten-Targeting-inhibitorischen Neuronen sind durch einen biologischen Marker namens Somatostatin markiert und können von Wissenschaftlern selektiv untersucht werden.
Die Forscher schlugen vor, dass sie nicht nur die Gesamteingaben in ein Neuron steuern, sondern auch die Eingaben von einzelnen Pfaden, beispielsweise den visuellen oder auditorischen Pfaden, die auf ein Neuron konvergieren.
"Dies wurde als schwierig angesehen, da die Verbindungen von inhibitorischen Neuronen zu exzitatorischen Neuronen dicht und unstrukturiert erschienen", sagte Yang. "Ein überraschender Befund aus unserer Studie ist, dass die Präzision, die für das Pathway-spezifische Gating erforderlich ist, durch inhibitorische Neuronen realisiert werden kann."
Die Forscher verwendeten Computermodelle, um zu zeigen, dass diese Dendriten-Targeting-Neuronen selbst bei scheinbar zufälligen Verbindungen einzelne Pfade steuern können, indem sie sich über verschiedene Pfade an exzitatorischen Eingaben ausrichten. Sie zeigten, dass diese Ausrichtung durch synaptische Plastizität realisiert werden kann, ein Gehirnmechanismus zum Lernen durch Erfahrung.
Die Studie wurde in der Zeitschrift veröffentlicht Naturkommunikation.
Quelle: New York University
