Im Gehirn kommen konkurrierende Gedanken in Wellen und Rhythmen
Neue Erkenntnisse deuten darauf hin, dass eine Gruppe von Neuronen jede einzelne Information darstellen kann, aber niemand weiß genau, wie diese Ensembles aussehen oder wie sie sich bilden.
In einer neuen Studie erhielten Forscher am MIT und an der Boston University Einblicke, wie neuronale Ensembles Gedanken bilden und die Flexibilität unterstützen, ihre Meinung zu ändern.
Die Forscher identifizierten Gruppen von Neuronen, die bestimmte Verhaltensregeln codieren, indem sie synchron miteinander schwingen. Die Ergebnisse legen nahe, dass die Natur des bewussten Denkens rhythmisch sein kann.
„Während wir reden, schweben Gedanken in und aus unseren Köpfen. Das sind alles Ensembles, die sich bilden und dann zu etwas anderem umgestalten. Es ist ein Rätsel, wie das Gehirn dies tut “, sagte der Forscher Earl Miller, Ph.D. "Das ist das grundlegende Problem, über das wir sprechen - die Natur des Denkens selbst."
Die Forschungsergebnisse werden in der Zeitschrift veröffentlicht Neuron.
Forscher identifizierten zwei neuronale Ensembles im Gehirn von Affen, die darauf trainiert sind, auf Objekte zu reagieren, entweder aufgrund ihrer Farbe oder ihrer Ausrichtung. Diese Aufgabe erfordert kognitive Flexibilität - die Fähigkeit, zwischen zwei unterschiedlichen Verhaltensregeln zu wechseln.
"Tatsächlich konzentrieren sie sich auf einige Teile der Informationen in der Welt und ignorieren andere. Welches Verhalten sie tun, hängt vom Kontext ab “, sagte Tim Buschman, Ph.D., Postdoktorand am MIT und einer der Hauptautoren des Papiers.
Während die Tiere zwischen den Aufgaben wechselten, maßen die Forscher die Gehirnwellen, die an verschiedenen Stellen im präfrontalen Kortex erzeugt wurden, wo die meisten Planungen und Gedanken stattfinden. Diese Wellen werden durch rhythmische Schwankungen der elektrischen Aktivität der Neuronen erzeugt.
Als die Tiere auf orientierungsbasierte Objekte reagierten, stellten die Forscher fest, dass bestimmte Neuronen mit hohen Frequenzen schwangen, die sogenannte Beta-Wellen erzeugen.
Wenn Farbe die erforderliche Regel war, oszillierte ein anderes Ensemble von Neuronen in der Beta-Frequenz. Einige Neuronen überlappten sich und gehörten zu mehr als einer Gruppe, aber jedes Ensemble hatte sein eigenes Muster.
Interessanterweise sahen die Forscher auch Oszillationen im niederfrequenten Alpha-Bereich zwischen Neuronen, aus denen sich das Ensemble der Orientierungsregeln zusammensetzt, jedoch nur, wenn die Farbregel angewendet wurde. Die Forscher glauben, dass die Alpha-Wellen, die mit der Unterdrückung der Gehirnaktivität in Verbindung gebracht wurden, dazu beitragen, die Neuronen zu beruhigen, die die Orientierungsregel auslösen.
„Dies deutet darauf hin, dass die Orientierung dominierte und die Farbe schwächer war. Das Gehirn warf diese Alpha-Explosion auf das Orientierungsensemble, um es zum Schweigen zu bringen, damit das Tier das schwächere Ensemble verwenden kann “, sagte Miller.
Das nächste Ziel für die Forscher ist es herauszufinden, wie diese neuronalen Ensembles ihre Aktivität koordinieren, wenn das Gehirn zwischen verschiedenen Regeln oder Gedanken hin und her wechselt.
Einige Neurowissenschaftler haben angenommen, dass tiefere Gehirnstrukturen wie der Thalamus diese Koordination handhaben, aber niemand weiß es genau, sagte Miller. "Es ist eines der größten Geheimnisse der Erkenntnis, was deine Gedanken kontrolliert", sagte er.
Experten glauben, dass dieser Untersuchungsfaden auch dazu beitragen könnte, die neuronalen Grundlagen des Bewusstseins zu enträtseln.
„Das grundlegendste Merkmal des Bewusstseins ist seine begrenzte Kapazität. Sie können nur sehr wenige Gedanken gleichzeitig im Auge behalten “, sagte Miller.
Diese Schwingungen können erklären, warum das so ist: Frühere Studien haben gezeigt, dass, wenn ein Tier zwei Gedanken im Auge hat, zwei verschiedene Ensembles in Beta-Frequenzen oszillieren, die zueinander phasenverschoben sind.
"Das deutet sofort darauf hin, warum die Fähigkeit zum Bewusstsein begrenzt ist: Nur so viele Bälle können gleichzeitig in der Luft gehalten werden, nur eine begrenzte Menge an Informationen kann in einen Schwingungszyklus passen", sagte Miller.
Forscher glauben, dass das Verständnis von Gehirnschwingungen Wissenschaftlern helfen kann, das Rätsel der Psychose bei Denkstörungen wie Schizophrenie zu lösen - Studien haben gezeigt, dass Patienten mit Schizophrenie reduzierte Beta-Schwingungen haben.
Quelle: Massachusetts Institute of Technology
