Können Sie sich auf Ihr Gehirn verlassen?
Die Ergebnisse, veröffentlicht in der Zeitschrift Naturlegen nahe, dass das Gehirn von Natur aus unzuverlässig ist.
Dies mag den meisten von uns nicht überraschend erscheinen, aber es hat Neurowissenschaftler seit Jahrzehnten verwirrt. Wie kann das Gehirn angesichts der Tatsache, dass es das leistungsstärkste bekannte Computergerät ist, so gut funktionieren, obwohl das Verhalten seiner Schaltkreise variabel ist?
Eine langjährige Hypothese ist, dass die Schaltkreise des Gehirns tatsächlich zuverlässig sind - und die scheinbar hohe Variabilität liegt darin, dass Ihr Gehirn gleichzeitig viele Aufgaben ausführt, die sich gegenseitig beeinflussen.
Diese Hypothese haben die Forscher am University College London direkt getestet.
Das Team - eine Zusammenarbeit zwischen Experimentatoren am Wolfson Institute for Biomedical Research und einem Theoretiker, Peter Latham, an der Gatsby Computational Neuroscience Unit - ließ sich vom berühmten Schmetterlingseffekt inspirieren, der Tatsache, dass der Flügelschlag eines Schmetterlings in Brasilien ausgelöst werden könnte ein Tornado in Texas.
Ihre Idee war es, eine kleine Störung in das Gehirn einzuführen, das neuronale Äquivalent von Schmetterlingsflügeln, und zu fragen, was mit der Aktivität im Kreislauf passieren würde. Würde die Störung wachsen und einen Anstoßeffekt haben, der den Rest des Gehirns beeinträchtigt, oder sofort aussterben?
Es stellte sich heraus, dass es einen enormen Anstoßeffekt hatte. Die Störung war ein einzelner zusätzlicher "Spike" oder Nervenimpuls, der in ein einzelnes Neuron im Gehirn einer Ratte eingeführt wurde. Diese einzelne zusätzliche Spitze verursachte ungefähr dreißig neue zusätzliche Spitzen in nahe gelegenen Neuronen im Gehirn, von denen die meisten weitere dreißig zusätzliche Spitzen verursachten, und so weiter.
Dies scheint nicht viel zu sein, da das Gehirn jede Sekunde Millionen von Spitzen produziert. Die Forscher schätzten jedoch, dass letztendlich eine zusätzliche Spitze Millionen von Neuronen im Gehirn betraf.
"Dieses Ergebnis weist darauf hin, dass die Variabilität, die wir im Gehirn sehen, tatsächlich auf Rauschen zurückzuführen sein kann und ein grundlegendes Merkmal der normalen Gehirnfunktion darstellt", sagte der Hauptautor Dr. Mickey London vom Wolfson Institute for Biomedical Research, UCL.
Diese schnelle Verstärkung von Spitzen bedeutet, dass das Gehirn extrem „laut“ ist - viel, viel lauter als Computer.
Trotzdem kann das Gehirn sehr komplizierte Aufgaben mit enormer Geschwindigkeit und Genauigkeit ausführen, viel schneller und genauer als der leistungsstärkste Computer, der jemals gebaut wurde (und wahrscheinlich in absehbarer Zukunft gebaut wird).
Die UCL-Forscher schlagen vor, dass das Gehirn, um angesichts hoher Geräuschpegel so gut zu funktionieren, eine Strategie verwenden muss, die als Ratencode bezeichnet wird. In einem Ratencode berücksichtigen Neuronen die Aktivität eines Ensembles vieler Neuronen und ignorieren die individuelle Variabilität oder das Rauschen, das von jedem von ihnen erzeugt wird.
Jetzt wissen wir also, dass das Gehirn wirklich laut ist, aber wir wissen immer noch nicht warum.
Die UCL-Forscher schlagen vor, dass eine Möglichkeit darin besteht, dass das Gehirn den Preis für eine hohe Konnektivität zwischen Neuronen zahlt (jedes Neuron verbindet sich mit etwa 10.000 anderen, was zu mehr als 8 Millionen Kilometern Verkabelung im menschlichen Gehirn führt).
Vermutlich ist diese hohe Konnektivität zumindest teilweise für die Rechenleistung des Gehirns verantwortlich. Wie die Forschung zeigt, ist das Gehirn umso lauter, je höher die Konnektivität ist. Daher ist Rauschen zwar kein nützliches Merkmal, aber zumindest ein Nebenprodukt eines nützlichen Merkmals.
Quelle: University College London
