Die meisten Neuronen im Säugetiergehirn sind keine spezialisierten Werkzeuge, sondern vielseitige Multitasking-Zellen, die gleichzeitig viele verschiedene Arten von Informationen kodieren, so eine neue Studie, die in Nature veröffentlicht wurde.
Die Forschung
Forscher am Zuckerman Institute der Columbia University unter der Leitung von Hauptuntersucher Stefano Fusi, PhD, analysierten einen umfangreichen Datensatz des International Brain Laboratory. Das Team untersuchte Aufzeichnungen aus 43 verschiedenen kortikalen Regionen bei Mäusen – eine der umfassendsten Untersuchungen der Gehirnaktivität, die je durchgeführt wurden. Ihre Frage war einfach: Ist jedes Neuron ein Spezialist, der einer engen Aufgabe gewidmet ist, oder erledigen die meisten Neuronen viele Aufgaben gleichzeitig?
Die Antwort war verblüffend. Spezialisierte Neuronen existieren, aber sie sind die Ausnahme. Die überwiegende Mehrheit sind Generalisten. Diese Zellen kodieren gleichzeitig mehrere Variablen – wie Farbe, Form, Ausrichtung und Verhaltenswert – und erzeugen so, was Forscher als „hochdimensionale Repräsentation“ bezeichnen. Statt eines Neurons für eine Aufgabe bündelt das Gehirn viele Attribute und nutzt dieselbe neuronale Population für Dutzende verschiedener Rechenaufgaben wieder.
„Wir müssen uns von diesem Bild des Gehirns als einer Maschine aus Zahnrädern verabschieden, bei der jedes Zahnrad einen exakten Zweck hat, dem wir ein Etikett zuordnen können“, sagte Fusi. „Stattdessen können die meisten Neuronen eine enorme Vielfalt an Reaktionen zeigen, und das kann dem Gehirn helfen, eine Vielzahl unterschiedlicher Aufgaben zu lösen.“
Die mathematische Konsequenz der Studie ist bedeutend: Die Analyse einzelner Neuronen nacheinander macht es nahezu unmöglich, zu entschlüsseln, was das Gehirn tut. Das wahre Signal zeigt sich erst, wenn Forscher die Population als Kollektiv betrachten. Dies stellt jahrzehntelange klassische Forschung auf den Kopf, die Neuronen verwarf, deren individuelle Ausgaben schwer zu kategorisieren schienen.
Trotz ihres gemeinsamen generalistischen Stils sind diese Neuronen nicht redundant. Jedes behält seine eigene einzigartige Signatur gemischter Variablen bei und bewahrt so maximale Recheneffizienz. Dr. Lorenzo Posani vergleicht die Kartierung dieser Netzwerke mit der Überprüfung politischer Wahlkarten: Aus der Ferne treten klare regionale Cluster hervor, aber beim Heranzoomen findet man ein stark durchmischtes Ökosystem individueller Verarbeitung. Die Forschung hat bereits Aufmerksamkeit erregt – mehr als 11.000 Preprint-Downloads vor der Peer-Review. Fusis Team arbeitet nun mit der Gruppe von Dr. Ueli Rutishauser am Caltech zusammen, um menschliche neurochirurgische Daten zu kartieren und zu überprüfen, ob der menschliche Kortex eine identische Architektur verwendet.
Warum es wichtig ist
Dieser Befund verändert unsere Vorstellung von kognitiver Flexibilität. Wenn die meisten Neuronen Generalisten sind, dann kommt die Leistungsfähigkeit des Gehirns aus seinem kollektiven Netzwerk, nicht aus isolierten Spezialisten. Für Sie bedeutet das, dass Fähigkeiten wie das Erlernen neuer Fertigkeiten, das Wechseln zwischen Aufgaben und die Anpassung an neue Situationen möglicherweise auf denselben flexiblen neuronalen Populationen beruhen. Es deutet auch darauf hin, dass das Training einer kognitiven Fähigkeit möglicherweise anderen zugutekommt, weil die zugrunde liegenden Neuronen bereits Multitasking betreiben. Die Forschung stellt die Idee infrage, dass das Gehirn eine Sammlung fester Module ist – eine Sichtweise mit Auswirkungen darauf, wie wir Bildung, Rehabilitation und Gehirntraining angehen.
Was Sie tun können
- Nehmen Sie vielfältige geistige Herausforderungen an: Da Neuronen Generalisten sind, kann Cross-Training Ihres Gehirns mit verschiedenen Aktivitäten – Puzzles, Musik, Sprache, Strategiespiele – flexible Netzwerke stärken.
- Konzentrieren Sie sich auf Denken auf Populationsebene: Fixieren Sie sich nicht auf Einzelaufgaben-Übungen. Die Kognition im echten Leben nutzt viele Variablen gleichzeitig, also üben Sie komplexe, vielschichtige Probleme.
- Bleiben Sie neugierig auf Ihr eigenes Gehirn: Zu verstehen, dass Ihre Neuronen auf Vielseitigkeit ausgelegt sind, kann Sie motivieren, immer Neues zu lernen.
Quelle: Neuroscience News
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