Forscher der Charit\u00e9 – Universit\u00e4tsmedizin Berlin haben in einer neuen Studie herausgefunden, dass die Verschaltung der Nervenzellen in der menschlichen Hirnrinde anders ist als bisher angenommen. W\u00e4hrend bei M\u00e4usen die Signale h\u00e4ufig in Schleifen flie\u00dfen, kommunizieren die Neurone beim Menschen in eine bestimmte Richtung. Diese Erkenntnis k\u00f6nnte dabei helfen, k\u00fcnstliche neuronale Netzwerke weiterzuentwickeln.<\/p>\n
Die Gro\u00dfhirnrinde, eine zentrale Struktur f\u00fcr die menschliche Intelligenz, ist weniger als f\u00fcnf Millimeter dick und verarbeitet unz\u00e4hlige Sinneswahrnehmungen durch etwa zwanzig Milliarden Nervenzellen. Die Planung von Handlungen und das Bewusstsein haben hier ihren Sitz. Die Frage, wie die Nervenzellen komplexe Informationen verarbeiten, h\u00e4ngt ma\u00dfgeblich von ihrer Verschaltung untereinander ab.<\/p>\n
Bisher basierte unser Verst\u00e4ndnis der neuronalen Architektur der Gro\u00dfhirnrinde gr\u00f6\u00dftenteils auf Erkenntnissen aus Tiermodellen wie der Maus. Bei ihnen findet oft eine wechselseitige Kommunikation zwischen benachbarten Nervenzellen statt, \u00e4hnlich einem Dialog. Ein Neuron sendet ein Signal an ein anderes, und dieses wiederum schickt ein Signal zur\u00fcck. Dadurch zirkulieren die Informationen oft in Schleifen.<\/p>\n
Es wurde vermutet, dass diese Verschaltungsprinzipien auch beim Menschen gelten, obwohl die Gro\u00dfhirnrinde deutlich gr\u00f6\u00dfer und komplexer ist. Ein Team von Forschern der Charit\u00e9 unter der Leitung von Professor J\u00f6rg Geiger konnte nun zeigen, dass dies nicht der Fall ist. Sie analysierten Gewebeproben von 23 Personen, die sich aufgrund von Epilepsie einer neurochirurgischen Operation unterzogen hatten. W\u00e4hrend des Eingriffs wurde Hirngewebe entfernt, um die erkrankten Strukturen zug\u00e4nglich zu machen. Die Patienten hatten ihre Einwilligung zur Verwendung des Gewebes f\u00fcr die Forschung gegeben.<\/p>\n
Durch den Einsatz einer weiterentwickelten Form der Multipatch-Technik konnten die Forscher die \u00dcbertragung von Signalen zwischen benachbarten Neuronen beobachten. Sie konnten gleichzeitig bis zu zehn Nervenzellen beobachten und ihre Kommunikation verfolgen. Insgesamt untersuchten sie die Kommunikationswege von fast 1.170 Nervenzellen mit rund 7.200 potenziellen Verbindungen.<\/p>\n
Die Ergebnisse zeigten, dass nur ein geringer Anteil der Neurone in gegenseitigem Dialog stand. Die Informationen flossen haupts\u00e4chlich in eine Richtung und kehrten nur selten zum Ausgangspunkt zur\u00fcck. Dieser vorw\u00e4rts gerichtete Signalfluss bietet Vorteile f\u00fcr die Datenverarbeitung im Gehirn. Eine Computersimulation best\u00e4tigte dies, indem sie zeigte, dass ein Modell, das dem menschlichen Spracherkennungssystem \u00e4hnelt, h\u00e4ufiger korrekte Vorhersagen traf als ein Modell, das auf der M\u00e4use-Spracherkennung basierte. Zudem war das menschen\u00e4hnliche Modell effizienter und ben\u00f6tigte weniger Nervenzellen, um die gleiche Leistung zu erbringen.<\/p>\n
Die gerichtete Netzwerk-Architektur erm\u00f6glicht eine leistungsst\u00e4rkere und ressourcenschonendere Informationsverarbeitung, da mehr unabh\u00e4ngige Nervenzellen gleichzeitig verschiedene Aufgaben bew\u00e4ltigen k\u00f6nnen. Dadurch kann das Netzwerk eine gr\u00f6\u00dfere Menge an Informationen speichern.<\/p>\n
Die Ergebnisse dieser Studie k\u00f6nnten dazu beitragen, k\u00fcnstliche neuronale Netzwerke weiter zu optimieren. Viele KI-Entwickler haben bereits \u00e4hnliche Strukturen verwendet, da sie bei bestimmten Aufgaben zu besseren Ergebnissen f\u00fchren. Es ist beeindruckend zu sehen, dass das menschliche Gehirn \u00e4hnliche Verschaltungsmuster aufweist.<\/p>\n
Es bleibt jedoch noch offen, ob diese Erkenntnisse auf die gesamte Hirnrinde \u00fcbertragbar sind und inwieweit sie die einzigartigen kognitiven F\u00e4higkeiten des Menschen erkl\u00e4ren k\u00f6nnen. Weitere Forschung wird notwendig sein, um diese Fragen zu kl\u00e4ren.<\/p>\n
Die Studie wurde am 18. April 2024 in der Fachzeitschrift Science ver\u00f6ffentlicht. Sie wurde in enger Zusammenarbeit zwischen verschiedenen Einrichtungen der Charit\u00e9 durchgef\u00fchrt und von der Universit\u00e4tsklinik f\u00fcr Neurochirurgie des Evangelischen Klinikums Bethel sowie dem Institut f\u00fcr Neuroinformatik der ETH Z\u00fcrich unterst\u00fctzt. Die Forschungsgruppe bedankt sich ausdr\u00fccklich bei den Patienten, die ihre Zustimmung zur Verwendung des Gewebes gegeben haben, um diese wichtige Studie durchf\u00fchren zu k\u00f6nnen.<\/p>\n
Schlagw\u00f6rter: J\u00f6rg Geiger + Yangfan Peng + Charit\u00e9<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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