• Skip to main content
  • Skip to secondary menu
  • Skip to primary sidebar

Lebensmittel- & Biotechnologie

Das Fachportal für Lebensmittelindustrie und Biotechnologie

  • Abonnement
  • Impressum
  • Welkin Media Verlag
Startseite » Neurowissenschaftler zeigen, wie die Kommunikation zwischen Gehirnregionen besser funktionieren kann

Neurowissenschaftler zeigen, wie die Kommunikation zwischen Gehirnregionen besser funktionieren kann

24. August 2020 von Helmut Mitteregger

Selektive Kommunikation zwischen verschiedenen Hirnregionen ist entscheidend für die Hirnfunktion. Aber die schwache und spärliche Konnektivität beziehungsweise Vernetzung des Gehirns ist dafür eine große Hürde. In den vergangenen zehn Jahren haben Neurowissenschaftlerinnen und Neurowissenschaftler verschiedene Mittel identifiziert, mit denen dieser Einschränkung entgegengewirkt werden kann. Jetzt haben Wissenschaftler aus dem Iran, Deutschland und Schweden eine neue Rolle der bidirektionalen Verbindungen bei der Beschleunigung der Kommunikation zwischen Gehirnregionen identifiziert. Ihre Ergebnisse haben sie nun im Fachjournal PLoS Computational Biology vorgestellt.

Schwache und spärliche Konnektivität kann im Wesentlichen auf zwei Arten bekämpft werden: entweder durch Synchronie oder durch Schwingungen, so genannte Oszillationen. Im synchronen Modus produzieren viele Neuronen ihre Aktionspotentiale gleichzeitig, wenn sie Reize weiterleiten. Zusammen haben sie im nachgeschalteten Netzwerk eine stärkere Wirkung als einzeln. Im Oszillationsmodus dagegen erhöhen Netzwerkschwingungen die effektive Konnektivität periodisch, indem sie die Membranpotentiale der nachgeschalteten Neuronen, die die Reize empfangen, modulieren.
Die Schwingungen müssen aber in den Sender- und Empfängernetzwerken synchron sein. „Es ist eine offene Frage, wie solche synchronen Schwingungen im Gehirn entstehen können. Vor einiger Zeit haben wir vorgeschlagen, dass die Resonanzeigenschaft neuronaler Netzwerke genutzt werden kann, um synchrone Schwingungen zu erzeugen“, sagt Ad Aertsen vom Bernstein Center Freiburg (BCF) der Albert-Ludwigs-Universität. Resonanz in einem neuronalen Netzwerk bedeutet: Wenn dieses Netzwerk bei einer bestimmten Frequenz stimuliert wird, beginnt es zu schwingen – und der Input hat eine viel größere Wirkung. Diese Idee wird als „Communication through Resonance“ (CTR) bezeichnet.

Kommunikation beschleunigen

Die CTR warf jedoch ein Problem auf: Es braucht mehrere Schwingungszyklen, um die Resonanz im Netzwerk aufzubauen. Zudem muss eine solche Resonanz in jedem nachgeschalteten Netzwerk erneut erzeugt werden. Das bedeutet, dass die Kommunikation über Netzwerke hinweg recht langsam ist. „Wir dachten, dass Synchronie und Oszillationen schnelle beziehungsweise langsame Kommunikationsmodi bieten. Und beide können in verschiedenen Situationen eingesetzt werden. Aber wir blieben bei diesem Thema skeptisch“, erklärt Arvind Kumar von der Königlichen Technischen Hochschule (KTH) Stockholm/Schweden.
Eine Möglichkeit, die Kommunikation zu beschleunigen, besteht darin, die Zeit für den Aufbau der Resonanz zu verkürzen. Zu diesem Zweck konzentrierte sich die Gruppe auf die anatomische Beobachtung von bidirektionalen Verbindungen zwischen Hirnarealen. Das heißt, nicht nur Neuronen vom Sendernetz projizieren zu Empfängerneuronen, sondern manche Neuronen vom Empfängernetz projizieren auch zurück zum Sendernetz. „Solche bidirektionalen Verbindungen sind selten, aber sie reichen aus, um eine Schleife zwischen Sender- und Empfängernetzwerk zu unterstützen“, erklärt Alireza Valizadeh vom Institute for Advanced Studies in Basic Sciences in Zanjan/Iran. Eine wichtige Folge einer solchen Schleife ist, dass in weniger Zyklen eine Resonanz aufgebaut werden kann. Noch wichtiger ist, dass die Schleife das Signal verstärken kann und es nicht notwendig ist, Resonanz in nachfolgenden Netzwerken aufzubauen. Hedyeh Rezaei, Doktorandin an der Zanjan-Universität und Gaststudentin am BCF im Rahmen ihres Forschungsprojekts, sagt: „Es ist bemerkenswert, dass eine solche Schleife von Verbindungen zwischen nur einem Resonanzpaar von Sender- und Empfängernetzwerken die Netzwerkkommunikation mindestens um den Faktor zwei beschleunigen kann.“
Diese neuen Erkenntnisse unterstützen die Idee der Communication through Resonance, bilanziert Ad Aertsen: „Wichtig ist, dass diese Ergebnisse die bidirektionalen Verbindungen zwischen Hirnregionen einer neuartigen Funktion zuteilen, nämlich um die Kommunikation zwischen ihnen schneller und zuverlässiger zu gestalten.“

Originalpublikation:
Rezaei H, Aertsen A, Kumar A, Valizadeh A (2020). Facilitating the propagation of spiking activity in feedforward networks by including feedback. PLOS Computational Biology. 16(8): e1008033.
https://doi.org/10.1371/journal.pcbi.1008033

Schematische Darstellung eines Netzwerks von Netzwerken mit einem Resonanzpaar: 200 erregende Neuronen (E) in jedem Netzwerk, darunter 70 projizierende Neuronen (P) und 50 hemmende Neuronen (I), haben zufällige homogene, spärlich wiederkehrende Verbindungen. Mehrere Netzwerke sind spärlich durch EE-Verbindungen, durch blaue Pfeile angezeigt, in einer Feedforward-Art verbunden. Der rote Pfeil von Netzwerk 2 nach 1 zeigt spärliche zufällige Rückkopplungsverbindungen vom zweiten zum ersten EI-Netzwerk an, die beiden Netzwerke hier als Resonanzpaar bezeichnet. | Grafik: Hedyeh Rezaei

Filed Under: News Tagged With: Beschleunigung, Hirnregionen, Kommunikation, Neurowissenschaft

Weitere Nachrichten

VPPI, das geräuscharme Proportional-Druckregelventil von Festo

Mit dem Proportional-Druckregelventil VPPI von Festo können alle Nennweiten direkt, zuverlässig, präzise und geräuscharm betrieben werden. Die All-in-One Lösung ermöglicht den Verzicht auf Vorstufen oder Pilotventile, alle notwendigen Einstellungen … [Weiterlesen...] about VPPI, das geräuscharme Proportional-Druckregelventil von Festo

Mediengetrenntes Flipperventil für schnelle Dosierung

Der System- und Fluidikspezialist Bürkert hat ein mediengetrenntes 2/2- bzw. 3/2-Wege- Flipperventil für eine schnelle, exakte Dosierung entwickelt. Das Ventil vom Typ 6757 ist gegen Druckstöße unempfindlich und toleriert bis zu 16 bar Systemdruck. … [Weiterlesen...] about Mediengetrenntes Flipperventil für schnelle Dosierung

Vorfreude auf die interpack 2023

Rund 2.700 Key-Player und Newcomer aus aller Welt nutzen die interpack vom 4. bis 10. Mai als Schauplatz für ihre Premieren und feiern das lang herbeigesehnte Wiedersehen der globalen Verpackungsbranche. Sie zeigen wie man zum Gamechanger im … [Weiterlesen...] about Vorfreude auf die interpack 2023

Fraunhofer IPMS zeigt neueste photonische Technologien

Das Fraunhofer IPMS zählt zu den führenden Forschungseinrichtungen für die Entwicklung und Herstellung elektronischer, mechanischer und optischer Komponenten und Bauelemente und deren Integration in intelligente Systeme. Mit seinen innovativen … [Weiterlesen...] about Fraunhofer IPMS zeigt neueste photonische Technologien

Primary Sidebar

Aktuelle Ausgabe

Welkin Media News

Aktuelle Nachrichten aus unseren anderen Online-Portalen Österreichische Chemie Zeitschrift und Österreichische Kunststoffzeitschrift.

  • MMP Produktionsanlage von Evonik nimmt Betrieb auf
    on 8. Februar 2023 by Birgit Fischer (Die Chemie Zeitschrift Österreichs)

    Evonik hat nach zwei Jahren Bauzeit seine um 25 Millionen Euro ausgebaute MMP Produktionsanlage am Standort Wesseling in Betrieb genommen. Wesseling gehört zu den großen Produktionsstandorten von Evonik, jährlich verlassen etwa 500.000 Tonnen […]

  • Biesterfeld übernimmt Vertrieb von KetaSpire und AvaSpire
    on 8. Februar 2023 by Birgit Fischer (Österreichische Kunststoffzeitschrift)

    Biesterfeld übernimmt mit Wirkung zum 01.01.2023 den Vertrieb der Hochleistungskunststoffe KetaSpire und AvaSpire von Solvay.Biesterfeld übernimmt mit Wirkung zum 01.01.2023 den Vertrieb der Hochleistungskunststoffe KetaSpire und AvaSpire von […]

  • Emerson Messumformer Rosemount mit berührungsloser Radartechnik
    on 6. Februar 2023 by Birgit Fischer (Die Chemie Zeitschrift Österreichs)

    Mit Rosemount hat Emerson Messumformer mit berührungsloser Radartechnik speziell für Versorgungsanwendungen in der Prozessindustrie entwickelt. Die Rosemount 1208 Produktreihe bietet genaue und zuverlässige Füllstandsmessungen und Berechnungen […]

  • Fraunhofer LBF startet Projekt zu Langzeiteigenschaften in Rezyklaten
    on 6. Februar 2023 by Birgit Fischer (Österreichische Kunststoffzeitschrift)

    Das Fraunhofer LBF sucht für das Projekt "Werkstoff- und Langzeiteigenschaften in Rezyklaten" weitere Projektpartner aus der Industrie. Umfangreiche Kenntnisse zu Abhängigkeiten zwischen Konfektionierung, Zusammensetzung, Compoundierung und […]

  • Pyrum und Polyfuels bauen weitere Pyrolyseanlagen
    on 3. Februar 2023 by Birgit Fischer (Die Chemie Zeitschrift Österreichs)

    Die Pyrum Innovations AG und die Polyfuels Group AB wollen im Rahmen eines Joint Ventures vier Pyrolyseanlagen errichten und betreiben. Die Anlagen sollen auf der Pyrum-Technologie basieren und von der Circular Tires AS, einer 100-prozentigen […]

  • Mineralwolle-Sammelsack aus reinem Recyclingkunststoff
    on 3. Februar 2023 by Birgit Fischer (Österreichische Kunststoffzeitschrift)

    Die Puhm GmbH hat reißfeste und UV beständige Mineralwolle-Sammelsäcke aus 100 Prozent österreichischem Recycling-Plastik (LDPE) entwickelt. Diese kreislauffähige Sammelmöglichkeit ersetzt Säcke aus hochwertigem Primärkunststoff und soll in […]

  • PLAST 2023 mit zahlreichen Akteuren aus der ganzen Welt
    on 2. Februar 2023 by Birgit Fischer (Österreichische Kunststoffzeitschrift)

    Die PLAST 2023 vom 05. bis 08. September 2023 in Rho-Pero bietet zahlreiche Begegnungsmöglichkeiten für Akteure aus der ganzen Welt. Mehr als 700 Aussteller stellen das Segment der Maschinen, Zusatzausrüstungen und Formen für die Kunststoff- und […]

  • Greiner hält an Nachhaltigkeitsstrategie fest
    on 1. Februar 2023 by Birgit Fischer (Österreichische Kunststoffzeitschrift)

    Greiner möchtge trotz sehr herausfordernder Rahmenbedingungen im Jahr 2023 nicht von seiner Nachhaltigkeitsstrategie abkehren. Der Kostendruck ist in allen drei Sparten zu spüren, daher sollen langfristige Synergien den nachhaltigen […]

  • Greiwing errichtet Logistikzentrum im Chemiepark Rheinmünster
    on 1. Februar 2023 by Birgit Fischer (Die Chemie Zeitschrift Österreichs)

    Die GREIWING logistics for you GmbH baut im Chemiepark Rheinmünster auf rund 16.500 Quadratmetern ein neues Logistikzentrum. Damit verfügt das neue Logistikzentrum über ausreichend Kapazitäten für die Evonik Superabsorber GmbH und die Trinseo […]

  • Manina Kettler ist neuer CFO bei Minebea Intec
    on 30. Januar 2023 by Birgit Fischer (Die Chemie Zeitschrift Österreichs)

    Manina Kettler hat mit Anfang 2023 die Rolle des Chief Financial Officer (CFO) bei Minebea Intec von Hidenori Shimosako übernommen. Manina Kettler bringt herausragende Expertise im Bereich Finance mit und ist seit 2013 für das Unternehmen tätig, […]

Copyright © 2023 · Welkin Media Verlag