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Gehirnwellen synchronisieren 'um zu lernen'
Forscher des Massachusetts Institute of Technology haben neue Erkenntnisse in der Zeitschrift veröffentlicht Neuron wie das menschliche Gehirn neue Informationen schnell aufnehmen und analysieren kann.
"Gehirnwellen" sind Schwingungen, die durch die kombinierten elektrischen Signale von Millionen von Neuronen erzeugt werden. Die Forscher des Massachusetts Institute of Technology (MIT) fanden heraus, dass, wenn Affen lernen, verschiedene Muster von Punkten zu kategorisieren, die Gehirnwellen von zwei am Lernen beteiligten Regionen sich synchronisieren, um neue Kommunikationsschaltungen zu bilden.
In diesen Kategorie-Learning-Aufgaben hatten die Wissenschaftler zuvor gezeigt, dass Neuronen in einer dieser Hirnregionen - das Striatum, das die Habitusbildung steuert - zuerst aktiv werden und dann von der langsameren Aktivierung von Neuronen im präfrontalen Kortex gefolgt werden das exekutive Kontrollsystem des Gehirns.
Als nächstes wollten die Forscher sehen, ob diese gestaffelte Aktivierung das Ergebnis der Kommunikation zwischen den beiden Regionen ist oder ob sie einfach unabhängig voneinander arbeiten. Um dies zu testen, verwendeten sie Elektroenzephalographie (EEG), um Gehirnwellen bei Affen zu messen, während die Tiere lernten, Muster von Punkten in Kategorien zu sortieren
Zu Beginn wurden den Affen nur zwei verschiedene Beispiele ("Beispiele") von jeder der zwei Kategorien von Punkten gezeigt. Die Anzahl der Exemplare, die den Affen gezeigt wurden, wurde nach jeder Runde verdoppelt.
Schließlich, an dem Punkt, an dem sie sich nicht mehr merken konnten, welche spezifischen Exemplare zu welcher Kategorie gehörten, begannen die Affen die Merkmale zu verstehen, die die beiden Kategorien charakterisierten.
Am Ende der Aufgabe konnten die Affen 256 einzigartige Exemplare zeigen und alle korrekt kategorisieren.
Das Gehirn bildet einzigartige Schaltungen, die für die erlernten Kategorien spezifisch sind
Während die Affen die Aufgabe lernten, beobachteten die Forscher Veränderungen in den EEG-Mustern der Tiere. Insbesondere stellten sie fest, dass die Wissenschaftler an dem Punkt, an dem die Affen vom Einprägen der Punkte zum Verständnis der Kategorien übergingen, neue Gehirnwellenmuster, die sogenannten "Beta-Bänder", mit der Annahme des neuen Denkprozesses übereinstimmten.
Die Forscher verwendeten Elektroenzephalographie, um Gehirnwellen bei Affen zu messen, während die Tiere lernten, Muster von Punkten in Kategorien zu sortieren.
Diese Beta-Banden, obwohl unabhängig vom Striatum und präfrontalen Cortex produziert, begannen sich zu synchronisieren. Earl Miller, der Professor für Neurowissenschaften am MIT und Senior Autor der Studie, sagt, dass dies zeigt, dass die beiden Regionen miteinander kommunizieren.
"Es gibt einen unbekannten Mechanismus, der es diesen Resonanzmustern ermöglicht, sich zu bilden, und diese Schaltkreise beginnen zu summen", sagt er. "Dieses Brummen kann dann spätere langfristige Plastizitätsänderungen im Gehirn fördern, so dass sich echte anatomische Kreisläufe bilden können. Aber das erste, was passiert, ist, dass sie anfangen, zusammen zu summen."
Interessanterweise bemerkten die Forscher, als die Affen sich sicher waren, die Punkte in Kategorien einzuteilen, zwei getrennte Schaltkreise, die das Striatum und den präfrontalen Kortex miteinander verbanden - jeweils entsprechend einer der Kategorien.
Diese Schaltungen würden einer weiteren Modifikation unterzogen werden, wenn mehr Information bezüglich der Kategorien von den Tieren empfangen und interpretiert wird.
Prof. Miller erklärt, dass der präfrontale Kortex, der die Kategorien lernt, "nicht das Ende des Spiels" ist. Für Miller sind diese ständig aktualisierten Schaltkreise typisch für die "offene Natur des menschlichen Denkens. Sie erweitern Ihr Wissen ständig."
"Wir sehen direkte Beweise für die Interaktionen zwischen diesen beiden Systemen während des Lernens, die bisher noch nicht gesehen wurden", sagt er. "Category-Learning führt zu neuen funktionalen Schaltkreisen zwischen diesen beiden Bereichen und diesen funktionalen Schaltkreisen, die rhythmusbasiert sind. Das ist der Schlüssel, denn das ist ein relativ neues Konzept in der System-Neurowissenschaft."
Er addiert:
"Wenn du deine Gedanken von Moment zu Moment ändern kannst, kannst du es nicht tun, indem du ständig neue Verbindungen herstellst und sie in deinem Gehirn aufbrichst. Plastizität geschieht nicht in dieser Art von Zeitskala.
Es muss einen Weg geben, Schaltkreise dynamisch aufzubauen, um den Gedanken zu entsprechen, die wir in diesem Moment haben, und wenn wir einen Moment später unsere Gedanken ändern, brechen diese Schaltkreise irgendwie auseinander. Wir denken, dass synchronisierte Gehirnwellen die Art sind, wie das Gehirn es tut. "
Die MIT-Forscher untersuchen nun, wie das Gehirn mehr abstrakte Informationen lernt und wie sich diese Abstraktion in der Aktivität des Striatums und des präfrontalen Kortex widerspiegelt.
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