Gehirn: Große Reichweite mittels Resonanz?

1. September 2014
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Seit Jahrzehnten rätselt die Wissenschaft, wie Nervenzellen im Gehirn über weite Distanzen miteinander kommunizieren. Forscher fanden nun eine mögliche Antwort, wie das Gehirn trotzdem funktionieren kann: indem es die Kraft der Resonanz ausnutzt.

Die Neurowissenschaftler Gerald Hahn, Alejandro F. Bujan und ihre Kollegen beschreiben in der Fachzeitschrift „PLoS Computational Biology“, dass Resonanz die Schwingungen in der Aktivität der Nervenzellen so verstärken kann, dass sich die Signale weiter ausbreiten. Die Teams vom Exzellenzcluster BrainLinks-BrainTools und dem Bernstein Center der Universität Freiburg sowie der Abteilung UNIC des französischen Centre national de la recherche scientifique in Gif-sur-Yvette simulierten im Computer mehrere Netzwerke von Nervenzellen und untersuchten, wie sie Signale weiterleiten.

Frühere Vermutungen, wie Information durch das Gehirn reist, waren unrealistisch: Entweder mussten Forscher starke Verbindungen zwischen weit entfernten Hirnarealen annehmen, für die es keine Hinweise gab, oder sie setzten einen globalen Mechanismus im Gehirn voraus, der Hirnareale in miteinander verbundene Schwingungen versetzt. Wie dies vonstattengehen soll, konnte jedoch niemand erklären. Hahn und Bujan benötigten in ihrer Simulation weder unrealistische Netzwerkeigenschaften noch einen Schwingungsgenerator im Gehirn.

Die Forscher fanden stattdessen heraus, dass Resonanz der Schlüssel zur Langstreckenkommunikation in Netzwerken sein könnte, die wie das Gehirn über relativ wenige und schwache Verbindungen verfügen. Nicht alle Nervenzellen regen andere an, aktiv zu werden; manche wirken auch hemmend. Das Zusammenspiel von Erregung und Hemmung kann die Aktivität in einem Netzwerk um einen bestimmten Wert schwingen lassen. Netzwerke haben für gewöhnlich eine Frequenz, bei der die Schwingungen besonders stark sind, so wie auch eine gespannte Geigensaite eine bevorzugte Frequenz besitzt. Schwingt die Aktivität mit dieser Frequenz, breiten sich Pulse viel weiter aus. Die Wissenschaftler gehen davon aus, dass in bestimmten Fällen die Resonanzverstärkung bei schwingenden Signalen die einzige Möglichkeit für eine Kommunikation über weite Strecken sein könnte. Sie vermuten darüber hinaus, dass das Gehirn durch die Fähigkeit eines Netzwerks, seine bevorzugte Frequenz zu verändern, Informationen zu verschiedenen Zeiten auf unterschiedliche Weise verarbeiten kann.

Originalpublikation:

Communication through resonance in spiking neuronal networks
Gerald Hahn et al.; PLoS Comp. Biol., doi: 10.1371/journal.pcbi.1003811; 2014

45 Wertungen (4.02 ø)
HNO, Medizin, Neurologie

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5 Kommentare:

Der sechste Sinn und seine Phänomene von Reiner Gebbensleben beschreibt diese Resonanzwirkungen sehr gut. Es lohnt sich dort nachzulesen. Schön, wenn nicht nur Rutengänger sondern auch Apparat- und Meßtechnisch orientierte Wissenschaftler zu ähnlichen und vergleichbaren Ergebnissen kommen.

#5 |
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Gast
Gast

Ein paar Lichtwellen machen noch kein Gedächtnis

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Dipl. Biol. Thorsten Walter
Dipl. Biol. Thorsten Walter

Die Biophotonik konnte bereits zeigen, dass Signale auch über kohärente Biophotonen übertragen werden können. Es gibt bereits Anwendungen dafür, um z.B. endokrine Drüsen ohne Wirksubstanzen zu stimulieren.

#3 |
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Mitarbeiter Industrie

Ob an der Biophotonik Theorie von Fritz Albrecht Popp und anderen Theorien wie z.B. der Kirilian Fotographie der Aura doch was dran ist…..;-)

#2 |
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Interessanter Artikel. Ich habe mich einmal ansatzweise durch die Originalpublikation gearbeitet. Mir erschließt sich nur nicht ganz, dass es für starke Verbindungen zwischen den Cortexarealen keine Hinweise geben soll. Die bisherige Lehre geht aber schon davon aus (und z.B. die Traktografie liefert Hinweise dafür), dass die Areale über schnelle und umfangreiche Fasertrakte in multipler synaptischer Verbindung stehen. Wenn man allein die gigantische Substantia alba unterhalb des Cortex betrachtet, liegt das irgendwie nahe. Und da (fast) jedes Neuron auch ein Axon hat, was wiederum mehrfach mit den Nachbarzellen vernetzt ist usw., will sich mir die Theorie der schwachen Verbindung nicht so recht erklären. Wenn es die Evolution hinbekommen hat, komplexe Efferenzen zu, und Afferenzen von den Muskeln und Organen über fast zwei Meter Entfernung zu transportieren, dann sollte doch auch die kurze Distanz innerhalb des Cortex kein Problem sein.

Und dann verstehe ich auch nicht ganz, wie Resonanzen von den Neuronen funktional “aufgenommen” werden sollen. Die (im EEG messbaren) Frequenzen über dem Cortex entstehen ja im Wechselspiel von exzitatorischen und inhibitorischen Prozessen ganzer Neuronenpopulationen (Dipoleigenschaft). Es müsste m.E. für ein angenommenes Resonanzverhalten unbekannte Mechanismen geben, die über die elektrochemischen Wirkung von Synapsen hinausgehen.

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