So sagt Ihr Gehirn zukünftige Ereignisse voraus

Das Gehirn lernt, zukünftige Ereignisse anhand von Mustern zu antizipieren. Dieser Prozess wird als „vorausschauendes Timing“ bezeichnet und ermöglicht es uns, erfolgreich mit der Welt um uns herum zu interagieren. Wie funktioniert es?

Eine neue Studie untersucht, wie das Gehirn Ereignisse antizipieren kann und was mit diesem Mechanismus bei einigen neurodegenerativen Erkrankungen passiert.

Das vorausschauende Timing ermöglicht es uns teilweise, in einer sehr dynamischen Welt die am besten geeigneten Entscheidungen zu treffen.

Aber worauf beruht dieser Prozess?

Eine neue Studie, die von Forschern der University of California in Berkeley durchgeführt wurde, erklärt, dass das menschliche Gehirn bei der Antizipation eines Ereignisses auf zwei unterschiedliche Systeme setzt.

„Unabhängig davon, ob es sich um Sport, Musik, Sprache oder sogar um das Zuweisen von Aufmerksamkeit handelt, legt unsere Studie nahe, dass das Timing kein einheitlicher Prozess ist, sondern dass wir auf zwei verschiedene Arten zeitliche Vorhersagen treffen, die von verschiedenen Teilen des Gehirns abhängen“, sagt Lead Studienautor Assaf Breska, Postdoktorand in den Neurowissenschaften.

"Zusammen", so der leitende Studienautor Prof. Richard Ivry, "ermöglichen uns diese Gehirnsysteme, nicht nur im Moment zu existieren, sondern auch die Zukunft aktiv zu antizipieren."

Ein System, so fanden die Forscher, ermöglicht es uns, zukünftige Ereignisse basierend auf unseren vergangenen Erfahrungen zu antizipieren, während ein anderes System auf der Identifizierung rhythmischer Muster basiert.

Wie funktionieren diese beiden Systeme jedoch? Treten sie zu unterschiedlichen Zeiten ein, je nachdem, auf welchen Kontext wir reagieren müssen?

Die Beantwortung dieser Frage, so glauben die Autoren der Studie, könnte uns auch helfen, besser zu verstehen, wie das Gehirn unter verschiedenen neurodegenerativen Bedingungen funktioniert.

Dies wiederum würde es Fachleuten ermöglichen, bessere Strategien für die Versorgung von Menschen mit einer solchen Erkrankung zu entwickeln.

Die Gehirnregionen, die mit dem „Timing“ beauftragt sind

In der jüngsten Studie - deren Ergebnisse jetzt in der Zeitschrift erscheinen PNAS - Die Wissenschaftler arbeiteten mit Menschen mit Parkinson-Krankheit oder Kleinhirn-Degeneration.

Beide Zustände sind durch Probleme mit der Koordination und dem Gleichgewicht gekennzeichnet, obwohl sie verschiedene Regionen des Gehirns zu betreffen scheinen.

Während Parkinson die Nervenbahnen in den Basalganglien beeinflusst, einer Region, die tief in der Großhirnrinde eingebettet ist, sterben bei der Kleinhirn-Degeneration nach und nach Nervenzellen im Kleinhirn ab.

Die Forscher verglichen die Art und Weise, in der Menschen mit jeder Erkrankung zeitliche Hinweise verwendeten, um auf verschiedene Tests zu reagieren.

Alle Studienteilnehmer reagierten auf zwei verschiedene Sequenzen farbiger Quadrate, die auf einem Computerbildschirm aufblitzten. In der ersten Übung folgten die farbigen Quadrate in einem gleichmäßigen, rhythmischen Tempo aufeinander.

In der zweiten Übung folgten die farbigen Quadrate in einem anderen Muster aufeinander, das nicht dem gleichen gleichmäßigen Rhythmus folgte.

Während dieser Tests beobachteten die Forscher, dass Teilnehmer mit Parkinson-Krankheit bei der Übung mit komplexen Mustern tendenziell besser abschnitten, während Teilnehmer mit Kleinhirn-Degeneration besser auf den rhythmischen Nachfolge-Test reagierten.

"Wir zeigen, dass Patienten mit Kleinhirn-Degeneration bei der Verwendung nichtrhythmischer temporaler Signale beeinträchtigt sind, während Patienten mit Basalganglien-Degeneration im Zusammenhang mit der Parkinson-Krankheit bei der Verwendung rhythmischer Signale beeinträchtigt sind", sagt Prof. Ivry.

Diese Ergebnisse ermöglichten es dem Team zu identifizieren, welche Gehirnbereiche mit welchem ​​vorausschauenden Zeitsystem verbunden waren. Die Autoren kamen zu dem Schluss, dass das rhythmische Timing den Basalganglien entspricht, während das Intervall-Timing - basierend auf Erinnerungen an frühere Erfahrungen - dem Kleinhirn entspricht.

Klinische Implikationen

Die Forscher fügen hinzu, dass dies frühere Theorien in Frage stellt, die darauf hindeuten, dass das vorausschauende Timing das Ergebnis eines monolithischen Systems ist.

„Unsere Ergebnisse legen mindestens zwei verschiedene Arten nahe, wie sich das Gehirn entwickelt hat, um die Zukunft vorwegzunehmen“, erklärt Breska.

„Ein rhythmisches System reagiert empfindlich auf periodische Ereignisse in der Welt, wie sie Sprache und Musik innewohnen. Und ein Intervallsystem bietet eine allgemeinere Antizipationsfähigkeit, die auch ohne rhythmisches Signal empfindlich auf zeitliche Regelmäßigkeiten reagiert. “

Assaf Breska

Die Autoren fügen hinzu, dass die Studie darauf hinweist, dass sich das Gehirn möglicherweise auf das andere verlassen kann, wenn eines dieser beiden Systeme nicht mehr richtig funktioniert, um ein vorausschauendes Timing zu erreichen. Dies kann wichtige Auswirkungen darauf haben, wie Spezialisten die Versorgung von Menschen mit Parkinson-Krankheit oder Kleinhirn-Degeneration verwalten.

„Unsere Studie identifiziert nicht nur die vorausschauenden Kontexte, in denen diese neurologischen Patienten beeinträchtigt sind, sondern auch die Kontexte, in denen sie keine Schwierigkeiten haben. Dies legt nahe, dass wir ihre Umgebung ändern könnten, um ihnen die Interaktion mit der Welt angesichts ihrer Symptome zu erleichtern ", Bemerkt Breska.

Die Forscher glauben, dass einige Möglichkeiten, Menschen bei der Bewältigung von Schäden an einem der beiden „Timing“ -Systeme im Gehirn zu unterstützen, Apps und Computerspiele zum Trainieren des Gehirns sowie Techniken zur Tiefenhirnstimulation umfassen könnten.

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