September 25, 2003
La Jolla, Kalifornien – Wissenschaftler entwickeln ein neues Paradigma für die Funktionsweise des Gehirns. Sie schlagen vor, dass das Gehirn kein riesiges festes Netzwerk ist, wie bisher angenommen wurde, sondern ein dynamisches, sich veränderndes Netzwerk, das sich kontinuierlich an die Kommunikations- und Rechenanforderungen anpasst.
In der Science-Ausgabe vom 26. September, Professor des Salk Institute Terrence Sejnowski und Simon Laughlin, Professor an der Universität Cambridge, argumentieren, dass sich das menschliche Gehirn zu einem äußerst effizienten „Hybridgerät“ entwickelt hat, das weitaus anspruchsvollere Berechnungen durchführen kann als die leistungsstärksten Computer, und dass die Fernkommunikationssysteme im Gehirn optimiert wurden durch Evolution für Energieeffizienz.
„Früher konnten wir die Gehirnfunktion nur anhand einzelner Neuronen oder lokaler Netzwerke von Neuronen untersuchen. Wir konnten sozusagen nur die Bäume sehen“, sagte Sejnowski. „Mit Durchbrüchen bei Aufzeichnungstechniken, einschließlich der Bildgebung des Gehirns, die uns ein globales Bild der Gehirnaktivität liefert, und Fortschritten in der computergestützten Neurobiologie können wir jetzt eine globalere Perspektive einnehmen. Wir betrachten den gesamten Wald und stellen die Frage: Wie hat sich der Wald entwickelt?“
Laut Sejnowski ist das Gehirn im Laufe der Millionen von Jahren erstaunlich effizient und leistungsfähig geworden. Er sagt, dass die Natur „die Struktur und Funktion kortikaler Netzwerke mit Designprinzipien optimiert hat, die denen ähneln, die in elektronischen Netzwerken verwendet werden“. Um die enorme Kapazität des Gehirns zu veranschaulichen, geben Sejnowski und Laughlin an, dass die potenzielle Bandbreite aller Neuronen im menschlichen Kortex „vergleichbar mit der gesamten weltweiten Backbone-Kapazität des Internets im Jahr 2002“ sei.
Sie weisen jedoch darauf hin, dass ein einfacher Vergleich des Gehirns mit den digitalen Computern von heute die Art und Weise, wie es funktioniert und Berechnungen durchführt, nicht ausreichend beschreibt. Das Gehirn weist laut Sejnowski eher die Merkmale eines „energieeffizienten Hybridgeräts“ auf.
„Diese Hybride bieten die Fähigkeit analoger Geräte, arithmetische Funktionen wie Divisionen direkt und wirtschaftlich auszuführen, kombiniert mit der Fähigkeit digitaler Geräte, Rauschen zu widerstehen“, schreibt er in Science.
„Dies ist eine wichtige Ära in unserem Verständnis des Gehirns“, so Sejnowski. „Wir arbeiten daran, einige der Grundprinzipien aufzudecken, die mit der Kommunikation von Neuronen im Gehirn zusammenhängen. Es gibt eine enorme Menge an Informationen, die über die entlegensten Regionen des Gehirns verteilt sind. Woher kommt das? Wo geht es hin? Und wie geht das Gehirn mit all diesen Informationen um?
„Das sind Fragen, die wir bisher nicht umfassend beantworten konnten. Ich glaube, dass wir im Laufe des nächsten Jahrzehnts damit beginnen werden, einige Antworten zu entwickeln.“
Das Salk Institute for Biological Studies mit Sitz in La Jolla, Kalifornien, ist eine unabhängige, gemeinnützige Organisation, die sich grundlegenden Entdeckungen in den Biowissenschaften, der Verbesserung der menschlichen Gesundheit und Bedingungen sowie der Ausbildung künftiger Generationen von Forschern widmet. Das Institut wurde 1960 von Jonas Salk, MD, mit einer Landspende der Stadt San Diego und der finanziellen Unterstützung der March of Dimes Birth Defects Foundation gegründet.
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