Entschlüsselung der Entscheidungsnetzwerke im Gehirn von Mäusen – Lernen verändert die Hirnaktivität

BerlinWissenschaftler am Sainsbury Wellcome Centre der UCL haben herausgefunden, wie sensorische Reize in motorische Aktionen bei Mäusen umgesetzt werden, wobei verschiedene Hirnregionen beteiligt sind. Ihre in Nature veröffentlichte Studie zeigt, dass Entscheidungsprozesse im gesamten Gehirn stattfinden und durch Lernprozesse beeinflusst werden. Mithilfe fortschrittlicher Neuropixels-Sonden zeichneten sie die Aktivität von Hunderten Neuronen in verschiedenen Gehirnbereichen auf, während die Mäuse eine Entscheidungsaufgabe ausführten.

Diese Untersuchung zeigt, dass:

• Kein einzelnes Gehirnareal ist für die Integration sensorischer Informationen verantwortlich.
• Neuronen, die an Entscheidungsprozessen beteiligt sind, sind spärlich, aber weit im Gehirn verteilt.
• Lernprozesse verändern die Art und Weise, wie sensorische Informationen im Gehirn verarbeitet und integriert werden.

Die Forscher setzten Neuropixel-Sonden ein, um die Hirnaktivität von über 15.000 Zellen in 52 Hirnregionen von trainierten Mäusen zu messen. Die Mäuse mussten in dem Experiment still sitzen und auf sich ändernde visuelle Muster reagieren, um eine Belohnung zu erhalten. Dieses Setup ermöglichte es den Wissenschaftlern, sensorische Verarbeitung und motorische Kontrolle klar zu unterscheiden und einen detaillierten Einblick in die Entscheidungsprozesse zu gewinnen.

Naive Mäuse, die die Aufgabe noch nicht gelernt hatten, nutzten hauptsächlich visuelle und einige Mittelhirnregionen zur Verarbeitung visueller Reize. Im Gegensatz dazu zeigten trainierte Mäuse Gehirnaktivität im gesamten Gehirn, was darauf hindeutet, dass das Lernen hilft, die geistige Anstrengung bei der Entscheidungsfindung zu verteilen.

Diese Studie ist von großer Bedeutung. Sie stellt die alte Vorstellung infrage, dass bestimmte Gehirnregionen für spezifische Aufgaben zuständig sind. Vielmehr zeigt sie, dass das Gehirn in einer vernetzten Weise arbeitet, wobei mehrere Bereiche zusammenarbeiten, um Informationen zu verarbeiten und Verhalten zu steuern. Diese Sichtweise unterstützt die Theorie, dass komplexe Aufgaben durch überlappende Netzwerke im Gehirn organisiert werden, um sicherzustellen, dass die Aufgaben zuverlässig und flexibel ausgeführt werden.

Die Ergebnisse könnten die Künstliche Intelligenz revolutionieren, indem sie flexiblere und dezentralisierte Netzwerke ermöglichen. Aktuelle KI-Modelle verlassen sich in der Regel auf zentrale Systeme für spezifische Aufgaben. Die Nachahmung der Entscheidungsprozesse des Gehirns könnte dazu führen, dass KIs unsichere oder wechselnde Daten besser verarbeiten können.

Die Studie zeigt, wie bestimmte Gehirnregionen unsere Sinneseindrücke mit unseren Handlungen verknüpfen. Dieses Wissen ist essenziell, um Therapien für Hirnerkrankungen zu entwickeln, die die Entscheidungsfindung und die sensorische Verarbeitung beeinträchtigen.

Forscher planen zu untersuchen, wie sich Neuronen im Lauf der Zeit verändern, wenn Lernprozesse stattfinden. Sie möchten auch herausfinden, wie Erwartungen unsere Verarbeitung sensorischer Informationen beeinflussen, um besser zu verstehen, wie das gesamte Gehirn Entscheidungen trifft.

Diese Forschung ermöglicht uns ein tieferes Verständnis dafür, wie das Gehirn Entscheidungen auf flexible und verteilte Weise trifft. Außerdem eröffnet sie neue Möglichkeiten für Fortschritte in der Neurowissenschaft und der künstlichen Intelligenz.