Bernstein Netzwerk Computational Neuroscience
  • Home
  • Netzwerk
    • Das Bernstein Netzwerk
    • Bernstein Zentren
      • Berlin
      • Freiburg
      • Göttingen
      • München
      • Tübingen
      • Heidelberg-Mannheim
    • Bernstein Nodes
      • Bernstein Node Bochum
      • Bernstein Node Rhein-Main Region
    • Forschungsinfrastruktur
      • High Performance Simulation and Data Analysis
      • Forschungsdaten-Management
      • Wissenschaftskommunikation
      • Wissenschaftskoordination
    • Preise und Initiativen
      • Valentin Braitenberg Award
      • Brains for Brains Nachwuchspreis
      • Bernstein SmartSteps
    • Gremien des Netzwerks
    • Ethos des Netzwerks
    • Satzung
    • Mitgliedschaft
    • Historie
    • Spenden
    • Kontakt
  • Newsroom
    • Newsroom
    • Aktuelles
    • Veranstaltungen
    • Ausschreibungen
    • Medienecho
    • Publikationen des Netzwerks
    • Bernstein Bulletin
    • Presse
  • Forschung und Lehre
    • Forschung und Lehre
    • Meet the Scientist
    • Wissenschaftler:innen finden
    • Studienprogramme
      • Masterprogramme
      • Promotionsprogramme
    • Studienangebote
      • Bernstein Student Workshop Series
      • Online Learning
      • Kurse für Fortgeschrittene
      • Praktika und Abschlussarbeiten
      • Podcasts
  • Karriere
    • Karriere
    • Stellenangebote
    • Praktika und Abschlussarbeiten
  • Bernstein Conference
    • Bernstein Conference
    • Registration
    • Program
      • Satellite Workshops
      • Conference Dinner
    • Abstract Submission
    • Early Career Scientists
      • PhD Symposium
      • Postdoc Meeting
      • Travel grants
    • General Information
      • Important Dates & FAQ
      • Plan Your Visit
      • Code of Conduct
      • Data Policy
    • Past Bernstein Conferences
  • DE
  • EN
  • Click to open the search input field Click to open the search input field Suche
  • Menü Menü
Sie sind hier: Startseite1 / Newsroom2 / Aktuelles3 / Das Raum-Zeit-Gefüge im Gehirn
Freiburg – 4. November 2019

Das Raum-Zeit-Gefüge im Gehirn

Forscher haben entdeckt, wie neuronale Netzwerke Aktivitätssequenzen für sinnvolles Verhalten generieren können

Hirn Grafik/ Brain graphic

© Sebastian Spreizer

/BCF/ Neurowissenschaftler des Bernstein Center Freiburg (BCF) der Albert-Ludwigs-Universität und der Königlichen Technischen Hochschule Stockholm/Schweden (KTH) haben einen wesentlichen Vorgang im Gehirn entschlüsselt, der für das Verhalten von Lebewesen mitverantwortlich ist. „Eine der Grundvoraussetzungen für sinnvolles Verhalten ist, dass Netzwerke im Gehirn genau definierte Sequenzen neuronaler Aktivität erzeugen“, sagt Prof. Dr. Ad Aertsen von der Universität Freiburg. Die Ergebnisse der Zusammenarbeit mit Prof. Dr. Arvind Kumar von der KTH und Sebastian Spreizer, Doktorand am BCF, haben die Forschenden in der Fachzeitschrift PLoS Computational Biology veröffentlicht.

In den vergangenen Jahren haben Experimente gezeigt, dass das Verhalten von Tieren von der sequentiellen Aktivität der Neuronen in verschiedenen Gehirnregionen begleitet wird. Daran anknüpfend haben Forscherinnen und Forscher weltweit mehrere Modelle möglicher Mechanismen entwickelt, die die Entstehung dieser geordneten Abfolge erklären sollen. Sie beruhen in erster Linie auf Methoden des überwachten Lernens, bei dem anhand einer Lernregel die gewünschte sequenzielle Aktivität generiert wird. Dabei stellte sich heraus, dass neuronale Netzwerke bewusst trainiert werden können, um bestimmte Abfolgen zu erzeugen. „Gleichzeitig wissen wir, dass nicht jedes Verhalten gelernt ist. Angeborenes Verhalten deutet darauf hin, dass das Gehirn bestimmte Abfolgen erzeugt, ohne sie zu lernen und zu trainieren“, sagt Arvind Kumar, der die Studie leitete.

Die Wissenschaftler widmeten sich daraufhin der Frage,  wie  ein untrainiertes Gehirn gut geordnete Aktivitätssequenzen erzeugen kann. Sie fanden dafür  zwei Bedingungen: Erstens müssen Neuronen bei einem kleinen Teil ihrer Projektionen, also ihre Verbindungen zu nachgeschalteten Neuronen eine bestimmte Richtung bevorzugen. Zweitens müssen benachbarte Neuronen dieselbe bevorzugte Richtung teilen. „Das bedeutet, dass die Verbindungen von Nervenzellen richtungsabhängig und räumlich miteinander verbunden sind. Dies ist der Schlüssel zur Erzeugung sequentieller Aktivität in neuronalen Netzwerken“, erläutert Sebastian Spreizer. Wenn das Netzwerk nach diesen Regeln verdrahtet ist, entsteht eine Art Aktivitätslandschaft, die dem geographischen Raum mit Hügeln und Tälern ähnelt. Die Sequenzen der neuronalen Aktivität sind in dieser Metapher wie die Flüsse in einer Landschaft. Kleine Variationen im räumlichen Gefüge der Nervenzellen erzeugen bestimmte zeitliche und räumliche Sequenzen neuronaler Aktivität.

Um das Modell zu verifizieren, müssen jedoch die Formen und Verbindungen benachbarter Neuronen gemessen werden. „Interessanterweise können Neuromodulatoren, das sind chemische Substanzen wie beispielsweise Dopamin, eine wie oben geforderte Konnektivität im Gehirn erzeugen, und zwar auf dynamische, kontextabhängige Weise“, sagt Ad Aertsen. Das Netzwerk hat damit die Möglichkeit, verschiedene Sequenzen der neuronalen Aktivität zu erzeugen. Allerdings werden nicht alle davon funktional relevant sein. Die Wissenschaftler in Freiburg und Stockholm gehen daher davon aus, dass Lernmechanismen entwickelt werden können, um die lohnenden Sequenzen auszuwählen und damit sinnvolles Verhalten zu ermöglichen.

>> originale Pressemitteilung

Originalpublikation

Spreizer, S./Aertsen, A./Kumar, A. (2019): From space to time: Spatial inhomogeneities lead to the emergence of spatiotemporal sequences in spiking neuronal networks. In: PLoS  Computational Biology 15/10. https://doi.org/10.1371/journal.pcbi.1007432

Das Raum-Zeit-Gefüge im Gehirn

9. Dezember 2020/in /von Alexandra Stein

Kontakt Aktuelles

Kontakt

Prof. Dr. Ad Aertsen

Fakultät für Biologie / Bernstein Center Freiburg
Albert-Ludwigs-Universität Freiburg

+49 761 203-9550
aertsen@biologie.uni-freiburg.de

Sebastian Spreizer

Bernstein Center Freiburg
Albert-Ludwigs-Universität Freiburg

sebastian.spreizer@bcf.uni-freiburg.de


Prof. Dr. Arvind Kumar

Department of Computational Science and Technology
KTH Royal Institute of Technology

+46 (8) 790 62 24
arvkumar@kth.se

Bernstein Netzwerk Computational Neuroscience Logo

Mitglied werden
Satzung
Spenden
Newsletter abonnieren

 

Folgen Sie uns auf

LinkedIn
Bluesky
Vimeo
X
© 2025 Bernstein Netzwerk Computational Neuroscience
  • Kontakt
  • Impressum
  • Datenschutz
Nach oben scrollen Nach oben scrollen Nach oben scrollen
Cookie-Zustimmung verwalten
Wir verwenden Cookies, um unsere Website und unseren Service zu optimieren.
Funktional Immer aktiv
Der Zugriff oder die technische Speicherung ist unbedingt für den rechtmäßigen Zweck erforderlich, um die Nutzung eines bestimmten Dienstes zu ermöglichen, der vom Abonnenten oder Nutzer ausdrücklich angefordert wurde, oder für den alleinigen Zweck der Übertragung einer Nachricht über ein elektronisches Kommunikationsnetz.
Vorlieben
Die technische Speicherung oder der Zugriff ist für den rechtmäßigen Zweck der Speicherung von Voreinstellungen erforderlich, die nicht vom Abonnenten oder Nutzer beantragt wurden.
Statistiken
Die technische Speicherung oder der Zugriff, der ausschließlich zu statistischen Zwecken erfolgt. Die technische Speicherung oder der Zugriff, der ausschließlich zu anonymen statistischen Zwecken verwendet wird. Ohne eine Aufforderung, die freiwillige Zustimmung Ihres Internetdienstanbieters oder zusätzliche Aufzeichnungen von Dritten können die zu diesem Zweck gespeicherten oder abgerufenen Informationen allein in der Regel nicht zu Ihrer Identifizierung verwendet werden.
Marketing
Die technische Speicherung oder der Zugriff ist erforderlich, um Nutzerprofile zu erstellen, um Werbung zu versenden oder um den Nutzer auf einer Website oder über mehrere Websites hinweg zu ähnlichen Marketingzwecken zu verfolgen.
Optionen verwalten Dienste verwalten Verwalten Sie {vendor_count} Lieferanten Lesen Sie mehr über diese Zwecke
Einstellungen
{title} {title} {title}