Analyse der unglaublichen Rechenleistung des Gehirns

Selbst wenn Sie eine einfache Aufgabe wie das Gehen durch einen Raum ausführen, muss Ihr Gehirn Informationen aus verschiedenen Sinnen integrieren und diese dann auf ihre Zuverlässigkeit prüfen - alles in Bruchteilen von Sekunden.

Dass Sie die Reise normalerweise ohne Zwischenfälle machen, ist eine Hommage an die unglaubliche Rechenleistung des Gehirns. Dies geht aus einer neuen Studie hervor, die feststellt, dass das Gehirn eine Strategie anwendet, um jeden sensorischen Hinweis im Verhältnis zu seiner Zuverlässigkeit abzuwägen und entsprechend zu reagieren.

"Diese Arbeit zeigt, dass das Gehirn diese Aufgabe mit einer optimalen Strategie erfüllt, mit der die Signale am besten kombiniert werden können, und dass alles auf die Ebene einzelner Neuronen im visuellen Kortex zurückgeführt werden kann", sagte Dora Angelaki, Ph.D. , Lehrstuhl für Neurowissenschaften am Baylor College of Medicine in Houston, der die Studie mit Kollegen der Washington University in St. Louis, Missouri, und der University of Rochester in Rochester, NY, durchführte

In der Studie trainierten Angelaki und ihre Kollegen Makaken, um eine Aufgabe auszuführen, bei der die Richtung, in die sie gingen (Überschriftenunterscheidung), basierend auf dem, was sie auf einem Bildschirm sahen (visuelle Hinweise) und der Bewegung der Plattform, auf der sie ruhten, bestimmt wurde (vestibuläre Hinweise). Die Zuverlässigkeit der Hinweise war zufällig unterschiedlich, aber die Tiere konnten dies berücksichtigen und ihre Aufgaben erfüllen.

Auf einer noch grundlegenderen Ebene konnten die Forscher diese Fähigkeit verfolgen, um die Zuverlässigkeit der sensorischen Hinweise auf die Reaktionen einzelner multisensorischer Neuronen zu bewerten, die ihre Eingaben kombinieren, um eine optimale Reaktion zu erhalten.

"Dies ist eine Netzwerkeigenschaft", sagte Angelaki. "Der zuverlässigste Hinweis lässt das gesamte Netzwerk von Neuronen stärker reagieren."

Während sie anerkannte, dass dies Grundlagenforschung ist, bemerkte sie: „Sie könnte für ein Spektrum von Krankheiten gelten, die die sensorische Verarbeitung und Entscheidungsfindung beeinflussen. Dies könnte erhebliche Auswirkungen auf Krankheiten wie Schizophrenie oder Autismus haben. “

Das Papier ist sowohl für die theoretischen Neurowissenschaften als auch für die Neurowissenschaften im Allgemeinen wichtig, fügte Angelaki hinzu.

"Wir haben die Neuronen identifiziert, die an ihrem theoretischen optimalen Verhalten beteiligt sind, das zuvor im menschlichen Verhalten gezeigt wurde", sagte sie. „Bei Baylor kann ich mit Menschen zusammenarbeiten, die Krankheiten behandeln, bei denen es sensorische Defizite gibt. Wir können herausfinden, was mit der Ereigniskaskade schief geht. “

"Das Gehirn kann eine scheinbar hochrangige Verhaltensaufgabe im Wesentlichen in eine Reihe von viel einfacheren Operationen aufteilen, die gleichzeitig von vielen Neuronen ausgeführt werden", sagte Gregory C. DeAngelis, Ph.D. von der University of Rochester, Mitautor von das Papier.

Andere Forscher, die an der Studie teilgenommen haben, sind die Neurowissenschaftler Dr. Christopher R. Fetsch von der Washington University und Alexandre Pouget von der University of Rochester.

Finanzierung der Studie, die in der Online-Ausgabe von veröffentlicht wurde Naturneurowissenschaften, kamen von den National Institutes of Health, der National Science Foundation, der Multidisciplinary University Research Initiative und der James McDonnell Foundation.

Quelle: Baylor College of Medicine