Neue Erkenntnisse zur zyklischen Organisation von Gehirnaktivitäten

OXFORD / LONDON (IT BOLTWISE) – Eine neue Studie zeigt, dass das menschliche Gehirn seine kognitiven Funktionen in einem wiederkehrenden, uhrwerkartigen Zyklus organisiert. Diese rhythmische Aktivität könnte erklären, wie das Gehirn Aufmerksamkeit, Gedächtnis und sensorische Verarbeitung effizient und konfliktfrei steuert.

Eine kürzlich in Nature Neuroscience veröffentlichte Studie legt nahe, dass das menschliche Gehirn seine kognitiven Funktionen durch die Aktivierung spezifischer Netzwerke in einem wiederkehrenden, uhrwerkartigen Zyklus organisiert. Diese rhythmische Aktivität könnte eine Methode sein, um sicherzustellen, dass Aufmerksamkeit, Gedächtnis, sensorische Verarbeitung und andere mentale Operationen effizient und ohne Konflikte ablaufen.

Das menschliche Gehirn jongliert ständig mit vielen Anforderungen. Zu jedem Zeitpunkt könnte es erforderlich sein, die Aufmerksamkeit zu fokussieren, sich an etwas zu erinnern, eingehende Eindrücke zu verarbeiten oder eine Bewegung zu planen. Trotz der Komplexität dieser Funktionen bewältigt das Gehirn sie in der Regel mit Geschwindigkeit und Flexibilität. Forscher haben jedoch noch nicht vollständig verstanden, wie das Gehirn sicherstellt, dass all diese mentalen Prozesse rechtzeitig und koordiniert ablaufen.

Eine Möglichkeit ist, dass das Gehirn einem wiederkehrenden Muster folgt und die verschiedenen mentalen Funktionen in einer organisierten Abfolge durchläuft. Wenn dem so ist, könnte dieser innere Rhythmus die Struktur der geistigen Aktivität auch in Abwesenheit äußerer Hinweise unterstützen. Frühere Studien haben gezeigt, dass Gehirnnetzwerke dazu neigen, in bestimmten Mustern zu aktivieren, und dass Übergänge zwischen Netzwerken nicht zufällig sind. Es war jedoch unklar, ob diese Muster in einen breiteren, konsistenten Zyklus eingebettet sind, der alle wichtigen Gehirnnetzwerke umfasst, die an der Kognition beteiligt sind.

Um diese Idee zu untersuchen, analysierten die Forscher Daten aus fünf großen Studien, die Magnetoenzephalographie verwendeten, eine Technik, die die Magnetfelder des Gehirns mit hoher zeitlicher Präzision aufzeichnet. Die Teilnehmer dieser Studien waren meist gesunde Erwachsene, die sich in Ruhe befanden, entweder mit offenen oder geschlossenen Augen. Das Forschungsteam konzentrierte sich darauf, Muster zu identifizieren, wie großflächige Gehirnnetzwerke aktiv wurden und sich im Laufe der Zeit veränderten.

Sie wendeten eine Methode namens Hidden Markov Modeling an, die wiederkehrende Zustände der Gehirnaktivität basierend auf deren zeitlichen und räumlichen Merkmalen identifiziert. Jeder Zustand entsprach einem funktionalen Gehirnnetzwerk – einer Gruppe von Gehirnregionen, die dazu neigen, gemeinsam aktiv zu werden. Diese Netzwerke wurden mit spezifischen mentalen Funktionen in Verbindung gebracht, wie dem Default Mode Network (verknüpft mit inneren Gedanken), dem Dorsal Attention Network (assoziiert mit der Aufmerksamkeit auf die Außenwelt) und sensorimotorischen Netzwerken.

Die Ergebnisse liefern Hinweise darauf, dass die großflächigen Netzwerke des Gehirns nicht zufällig oder unabhängig aktiviert werden. Stattdessen folgen sie einer wiederkehrenden Sequenz, die einen vollständigen Satz kognitiver Funktionen umfasst. Jedes Netzwerk wurde in einer bevorzugten Phase innerhalb des Zyklus gefunden, was bedeutet, dass es wahrscheinlicher ist, zu einem bestimmten Zeitpunkt in der Gesamtsequenz aktiviert zu werden.

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