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Neues aus der Welt der Wissenschaft |
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Satzzeichen in der Sprache des Gehirns entdeckt |
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| | | Dass dem Denken und Handeln fein abgestimmte Prozesse im Gehirn zugrunde liegen, ist eine der Grundannahmen der Neurobiologie. Die Details dieser Vorgänge sind aber noch keineswegs restlos erforscht - und bergen daher noch einige Überraschungen. Zwei amerikanische Forscher haben nun in diesem Zusammenhang eine bedeutende Entdeckung gemacht: Sie fanden Signale, die man als Satzzeichen in der Sprache der Nervenzellen bezeichnen könnte. |
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Wie Naostaka Fuji und Ann M. Graybiel vom Hirnforschungszentrum des MIT berichten, senden gewisse Neuronen in der Großhirnrinde von Affen Signale aus, die das Ende von erlernten Bewegungen markieren. Die Autoren vermuten, dass hinter solchen Sequenzmarkierungen ein allgemeines biologisches Prinzip stecken könnte.
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Der Artikel "Representation of Action Sequence Boundaries by Macaque Prefrontal Cortical Neurons," von N. Fujii und A. M. Graybiel erschien in "Science" (Band 301, S. 1246-9, Ausgabe vom 29.9.03). |
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 Science |
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Botschaften brauchen Anfang und Ende |
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Botschaften, mit denen Informationen transportiert werden, können auf vielerlei Arten realisiert werden. Sei es durch Stromsignale in Mikroprozessoren, elektromagnetische Wellen oder durch Schriftzeichen auf einem Blatt Papier.
Gemeinsam ist diesen Botschaften, dass ihr Beginn und Ende irgendwie angezeigt werden müssen. Bei unserer Schriftsprache ist diese Funktion so alltäglich, dass sie uns bisweilen gar nicht mehr bewusst wird.
Sätze beginnen für gewöhnlich mit einem Großbuchstaben und enden mit einem Punkt und einem Leerzeichen. Dass das den Lesefluss sehr fördert, ist evident - Start- und Stopp-Signale sind also vor allem aus Gründen der Ökonomie und der Eindeutigkeit geboten.
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Biologische Information: Beispiel genetischer Code |
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Auch im Bereich des Lebendigen spielt das Ökonomieprinzip eine tragende Rolle. Daher verwundert es nicht, dass man in biologischen Systemen Markierungen für Beginn und Ende von informationstragenden Sequenzen findet.
Ein bekanntes Beispiel ist etwa der genetische Code: Das genetische Alphabet besteht aus den vier Buchstaben A, G, U und C. Jeweils eine Dreierkombination dieser Buchstaben wird in der Zelle in eine Aminosäure übersetzt.
Vier der 64 möglichen Buchstaben-Kombinationen haben eine besondere Aufgabe: Das Triplett AUG steht für den Beginn einer codierenden Sequenz, die Tripletts UAA, UAG und UGA markieren deren Ende.
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Neuronen: Aktionspotenzial als kleinste Informationseinheit |
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Auch bei Nervenzellen - die ja schließlich auf die Informationsvermittlung spezialisiert sind - könnte es ähnliche Muster geben. Die kleinste Informationseinheit der neuronalen Verständigung kennt man bereits:
Nervenzellen können die Spannungsdifferenz zwischen Innen- und Außenmilieu sprunghaft ändern. Ergebnis ist das so genannte Aktionspotenzial, das in etwa der 1 im binären Code von Computern entspricht.
Mit einem wichtigen Unterschied: Computer bedienen sich eines strikt diskreten Codes, Nervenzellen können ihre Entladungsfrequenzen kontinuierlich verändern.
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Verhalten besteht aus Bewegungsmodulen
Über die Codierungsformen auf höheren Verarbeitungsebenen des Gehirns war bis dato noch relativ wenig bekannt. Intuitiv würde man auch hier die Existenz von neuronalen Markierungen erwarten. Tatsache ist, dass sich das Verhalten von Tieren aus einer Reihe von erlernten und automatisierten Bewegungsformen zusammensetzt, die in eine strenge zeitliche Reihenfolge gebracht werden müssen. |
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Makkaken trainierten Augenbewegungen |
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Naostaka Fuji und Ann M. Graybiel untersuchten daher einen Abschnitt in der vorderen Großhirnrinde von Makkaken (der so genannte "präfrontale Cortex"), der sich genau mit dieser Aufgabe befasst.
Die Affen wurden darauf trainiert, durch Lichtsignale gesteuerte Augenbewegungen zu vollführen. Fujii und Graybiel maßen daraufhin die Aktivitäten der Nervenzellen im Hirnzentrum ihrer Wahl.
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Unbekanntes Signal ... |
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| Die Aktvitätsspitzen der Neurone und das anschließende Extra-Signal (Pfeil). |
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Zunächst zeigte sich, dass die untersuchten Neuronen pro Augenbewegung mit je einem Aktivitätsanstieg reagierten. Auffällig war, dass 270 bis 280 Millisekunden nach den Tests ein zusätzliches Signal im Gehirn der Makkaken erschien.
Die amerikanischen Hirnforscher untersuchten daraufhin eine Reihe von Hypothesen, die die Herkunft dieses Signals klären sollten.
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... markiert Ende von Bewegungen |
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Die folgenden Experimente ergaben jedoch nur negative Resultate. Wie man den ursprünglichen Versuch auch abänderte, das Extra-Signal trat weiterhin stabil auf. Lediglich eine Variante brachte ein unterschiedliches Ergebnis:
Wurde das letzte Lichtsignal regelmäßig in einer anderen Farbe als die vorhergehenden präsentiert, dann reagierten die Nervenzellen bei dieser Farbe mit einer erhöhten Aktivität. Das folgende Extra-Signal verlor daraufhin an Stärke.
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Sequenzmarkierung: Allgemeines biologisches Prinzip? |
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Fujii und Graybiel interpretieren dies folgendermaßen: "Unsere Ergebnisse legen nahe, dass einige Neuronen im präfrontalen Cortex eindeutige Signale tragen, die das Ende von erlernten Verhaltensweisen markieren."
Mit anderen Worten: Diese Eigensignale sind nichts Anderes als Punkt und Leerzeichen in der Sprache der Nervenzellen. Die beiden Autoren vermuten, dass solche Sequenzmarkierungen ein allgemeines Prinzip der biologischen Informationsverarbeitung widerspiegeln.
Robert Czepel, science.ORF.at
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Mehr zu diesem Thema in science.ORF.at
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sensortimecom | 31.08, 14:25
So - etwa auf diese Art - hätte der Science-Artikel übersetzt und formuliert gehört;-) Da versteht man, was gemeint ist....
Naotaka Fujii und Ann M. Graybiel vom Massachusetts Institute of Technology beobachteten die neuronale Aktivität im präfrontalen Kortex und im frontalen Augenfeld (frontal eye field) von Makaken, die drauf trainiert waren, einem visuellen Reiz mit den Augen zu folgen. Wie die beiden Forscher in der aktuellen Ausgabe des Wissenschaftsmagazins Science berichten, wurden in zufälliger Folge ein bis sieben Reize präsentiert. Während die Neuronen im frontalen Augenfeld selektiv auf die jeweilige Bewegungsrichtung der Augen reagierten, zeigte etwa die Hälfte der Neuronen im präfrontalen Kortex eine zusätzliche Aktivität etwa 270 bis 280 Millisekunden nach Beendigung der gesamten Sequenz. Dieses Extrafeuern erfolgte unabhängig von der Gesamtzahl der präsentierten Reize.
Durch Variationen der Versuchsanordnung konnten Fujii und Graybiel ausschließen, dass diese neuronale Aktivität etwa an die erwartete Belohnung oder an ein Nachlassen der Aufmerksamkeit gekoppelt ist. Dagegen verminderte sich die Intensität des Extrafeuerns, wenn das Ende der jeweiligen Versuchssequenz durch eine veränderte Farbe des visuellen Reizes angezeigt wurde.
Zugleich reagierten die Neuronen stärker auf diesen letzten Reiz. "Unsere Ergebnisse legen nahe", schreiben die Forscher, "dass einige Neuronen im präfrontalen Kortex besondere Signale transportieren, die die Vollendung eines gelernten Verhaltens markieren. (...) Die extra-feuernden Neuronen könnten regelrechte ¿Ende-Kodierer' sein, die dynamisch externe physische Reize mit der neuronalen Repräsentation von Endstadien verbinden."
Ihre Funktion könnte unter anderem darin bestehen, Neuronen im präfrontalen Kortex auf ihren Anfangszustand zurückzustellen. Sie hätten demnach eine wichtige Funktion bei der Wahrnehmung kompletter Sequenzen, ähnlich dem Punkt, der im Schrifttext das Ende eines Satzes anzeigt.
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siehe:
http://www.heise.de/tp/deutsch/inhalt/lis/15531/1.html
mfg E.  |
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fussgaenger | 29.08, 15:44
Bei diesem Absatz:
"Auch im Bereich des Lebendigen spielt das Ökonomieprinzip eine tragende Rolle. Daher verwundert es nicht, dass man in biologischen Systemen Markierungen für den Beginn und Anfang von informationstragenden Sequenzen findet."
soll es wohl "Markierungen fuer den Anfang und das Ende" heissen, oder? Uff, ist der Artikel kompliziert ... |
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fussgaenger | 29.08, 17:04
Kuckuck? :-)
Das steht im Artikel noch immer so. Vielleicht stimmt es doch? Damit versteh ich den Satz auch nicht (waer der einzige gewesen ;-) ). |
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derdaniel | 30.08, 20:18
Automatische Fehlerkorrektur
..da sieht mans mal wieder... der fehler ist mir garnicht aufgefallen weil ich bei solchen sachen immer drüberles und mir das richtige wort automatisch einsetze :o)
..sachn gibts...
Daniel (o: |
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