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Neuronale Netze: Auf der Tonspur des Geistes

Kognitive Prozesse beruhen auf dem Zusammenspiel von Nervenzellen in verschiedenen Hirnregionen. Die elektrischen Spuren dieser Interaktion analysiert der Mediziner Markus Siegel mit seiner Arbeitsgruppe am Centrum für Integrative Neurowissenschaften der Universität Tübingen. Ihre Befunde legen nahe, dass charakteristische Schwingungsmuster von neuronalen Netzwerken die Grundfunktionen des Gehirns widerspiegeln.
Spektraler Fingerabdruck

Der Proband verfolgt aufmerksam das Geschehen auf einem Bildschirm: Zwei Balken bewegen sich aufeinander zu, überlappen sich kurz und entfernen sich dann wieder voneinander. Sind sie gerade zusammengestoßen und voneinander abgeprallt – oder haben sie sich aneinander vorbeigeschoben? Der Proband muss sich für eine der beiden Varianten entscheiden.
Wie er die Szene interpretiert, versuchen Markus Siegel und Kollegen aus seiner Hirn­aktivität herauszulesen. Mittels Elektroden leiten sie die elektrischen Signale von der Schädel­oberfläche des Testkandidaten ab. Die EEG-Messungen unterscheiden sich nicht grundsätzlich von denen, die seit Mitte des 20. Jahrhunderts vor allem in der Schlafforschung gebräuchlich sind. Doch die Tübinger Forscher verrechnen die Signalkurven miteinander, um synchrone Schwingungsmuster aufzuspüren. Diese kennzeichnen die Zusammenarbeit großflächiger neuronaler Netzwerke und damit, so die Annahme von Siegel und seinen Kollegen, die elementaren kognitiven Funktionen des Gehirns.

Herr Dr. Siegel, Sie suchen nach so genannten neuronalen Grundrechenarten. Was verstehen Sie darunter?
Wir gehen davon aus, dass sich höhere kognitive Prozesse, zum Beispiel Planen und Entscheiden, aus einfacheren Operationen zusammensetzen. Diese Bausteine bilden das Einmaleins der Informationsverarbeitung im Gehirn ...

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  • Quellen und Literaturtipp

Siegel, M. et al.: Spectral Fingerprints of Large-Scale Neuronal Interactions. In: Nature Reviews Neuroscience 13, S. 121-134, 2012

Hipp, J. F. et al.: Oscillatory Synchronization in Large-Scale Cortical Networks Predicts Perception. In: Neuron 69, S. 387-396, 2011

Rösler, F.: Psychophysiologie der Kognition. Eine Einführung in die Kognitive Neurowissenschaft. Spektrum Akademischer Verlag, Heidelberg 2011
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