Einführung
Die Aktivierung von Gehirnzellen ist ein faszinierendes Forschungsgebiet, das Einblicke in die Funktionsweise unseres Geistes ermöglicht. Filme können als Stimuli dienen, die verschiedene Bereiche des Gehirns aktivieren und somit wertvolle Daten für wissenschaftliche Studien liefern. Dieser Artikel beleuchtet verschiedene Aspekte der Aktivierung von Gehirnzellen im Zusammenhang mit Filmen, von der Reaktion auf visuelle Reize bis hin zur Simulation von Gehirnaktivität.
Das Gehirn reagiert auf visuelle Reize im Film
Die Rekonstruktion von Filmen aus Hirnaktivität
Hirnforscher haben bemerkenswerte Fortschritte beim "Gedankenlesen" mithilfe der funktionellen Magnetresonanztomographie (fMRT) erzielt. So ist es Forschern der Universität Berkeley gelungen, Filme, die Probanden gesehen haben, allein aus den Daten eines Hirnscanners zu rekonstruieren.
Funktionsweise:
- Die Forscher trainierten eine lernfähige Software mit stundenlangem Videomaterial und Scannerdaten, um die Hirnaktivität in jedem Voxel (Volumenelement) des Gehirns vorherzusagen.
- Die Software lernte, markante optische Eigenschaften wie Helligkeit, Kontraste und Kanten mit der Aktivität bestimmter Voxel in den Arealen V1 und V2 des visuellen Cortex zu assoziieren.
- In einem zweiten Schritt lernte die Software, wie sich die prognostizierte neuronale Aktivität in Form des sauerstoffabhängigen Scannersignals (BOLD) niederschlägt.
- Anschließend wurde der Computer trainiert, den umgekehrten Weg zu gehen und aus der Hirnaktivität den Film vorherzusagen. Dazu wurden Millionen einsekündiger Filmschnipsel von YouTube verwendet, um der Software anschauliche Bildbausteine zu liefern.
- Mithilfe bayesscher Statistik wurde für jeden Miniclips bestimmt, mit welcher Wahrscheinlichkeit er eine bestimmte Hirnaktivität hervorrufen würde.
- Aus einer Überlagerung der jeweils 100 besten Treffer ergaben sich verwaschene Clips, die schemenhaft den Film erkennen lassen, den der Proband gesehen hatte.
Bedeutung:
Diese Forschung belegt, dass es möglich ist, visuelle Reize, die im Gehirn verarbeitet werden, zu rekonstruieren. Dies eröffnet neue Möglichkeiten, innere Bilder aus Tagträumen oder Halluzinationen sichtbar zu machen und unser Verständnis der Arbeitsweise des Gehirns zu erweitern.
Die Aktivierung des Immunsystems durch den Anblick kranker Menschen im Film
Eine Studie der Universität Hamburg hat gezeigt, dass allein der Anblick von niesenden oder kranken Menschen im Film unser Immunsystem aktivieren kann.
Ergebnisse:
- Personen, die Videos mit niesenden oder kranken Menschen ansahen, zeigten eine gesteigerte Aktivität in Hirnregionen, die eine Schnittstelle zwischen Gehirn und Immunsystem darstellen und auf potenzielle Gefahren reagieren.
- Insbesondere wurde die vordere Insula aktiviert, eine Gehirnregion, die an der Wahrnehmung physiologischer Reaktionen des eigenen Körpers (Interozeption) beteiligt ist und eine wichtige Schnittstelle zwischen Gehirn und Immunsystem darstellt.
- Analog zur Stärke der insulären Aktivität wurde eine erhöhte Freisetzung von sekretorischem Immunglobulin A (sIgA) im Speichel festgestellt. sIgA ist der wichtigste Antikörper zur Bekämpfung von Krankheitserregern in den Atemwegen.
- Die Amygdala, eine Gehirnregion, die an emotionalen Reaktionen wie Furcht und Angst beteiligt ist, zeigte eine erhöhte Aktivierung bei allen Videos, in denen Menschen zu sehen waren.
Interpretation:
Die Studienergebnisse deuten darauf hin, dass das Gehirn bereits vorbeugend auf Gesundheitsgefahren reagiert. Das sogenannte Verhaltensimmunsystem wird mobilisiert, um die Produktion von Antikörpern anzustoßen und den Körper auf einen möglichen Erregerkontakt vorzubereiten. Die Insula koordiniert die zentrale Immunaktivierung, während die Amygdala als Alarmsystem für soziale Situationen mit erhöhtem Übertragungsrisiko fungiert.
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Weitere Faktoren, die Gehirnzellen aktivieren
Tricks gegen Müdigkeit: Augenbewegung und Kopfhaltung
Soziale Medien sind voll von Videos, die schnelle Tricks gegen Müdigkeit versprechen. Ein viraler Tipp ist, den Kopf in den Nacken zu legen und die Augen nach oben zu rollen.
Wissenschaftliche Bewertung:
- Es gibt Hinweise darauf, dass die Bewegung der Augen einen kleinen Bereich im Mittelhirn aktiviert, der wie eine Art Bewegungsmelder reagiert und die Aufmerksamkeit kurzzeitig erhöht.
- Das Zurücklegen des Kopfes in den Nacken kann den Sympathikus leicht aktivieren, aber der Effekt ist laut Studien vermutlich sehr klein.
Bessere Alternativen:
Schlafforscher empfehlen folgende Strategien gegen Müdigkeit:
- Ausreichend schlafen
- Ein Power-Nap in der Mittagspause (15-20 Minuten)
- Körperliche Aktivierung (z.B. Kniebeugen oder Liegestütze)
- Eine wechselwarme Dusche
- An etwas denken, auf das man sich freut
Lernen im Film: Die Rolle des Gehirns
Filme können auch dazu dienen, Lernprozesse auf zellulärer Ebene zu erklären. Sie stellen die Regionen und Instanzen im Gehirn vor, die beim Lernen aktiv sind, und erklären, wie sich Stress und Angst auswirken. Professor Manfred Spitzer gibt Tipps und Tricks, wie auch einfaches Pauken besser funktioniert und mehr Spaß macht.
Smartphone-Sucht: Die Kontrolle des Gehirns
Ein animierter Kurzfilm zeigt auf eindringliche Weise, wie Smartphones die Kontrolle über unser Gehirn übernehmen können. Likes auf soziale Medien aktivieren das Belohnungszentrum im Gehirn und schütten Dopamin aus, was zu einer stimmungsaufhellenden Wirkung führt. Dies führt dazu, dass man mehr Zeit am Bildschirm verbringt und in einen Kreislauf der Abhängigkeit gerät. Der Film liefert auch eine mögliche Strategie, um gegen die Smartphone-Sucht vorzugehen: das Gerät einfach mal für gewisse Zeiten auszuschalten.
Gehirnsimulationen und wandernde Aktivitätswellen
Forschende des Berlin Institute of Health in der Charité (BIH) haben mithilfe von Gehirnsimulationen eine Theorie zur Entstehung von wandernden Aktivitätswellen entwickelt. Diese Wellen beeinflussen kognitive Prozesse wie Lernen oder Erinnern im menschlichen Gehirn.
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Funktionsweise:
- Wandernde Aktivitätswellen sind ein Muster neuronaler Signale, die entstehen, wenn Gruppen von Neuronen gleichzeitig aktiv sind und diese synchrone Aktivität mit der Zeit räumlich über den Kortex wandert.
- Die Ursache der Welle ist ein räumlich ausgedehnter Frequenzgradient im Gehirn, der wiederum durch einen Gradienten in der Stärke der Vernetzung entsteht.
- Die Wellenfronten synchronisieren die Aktivität von Nervenzellen, auch wenn sie räumlich voneinander entfernt sind. Dies ist eine wichtige Grundlage für die Koordination von plastischen Veränderungen, dem Lernen des Gehirns.
Bedeutung:
Das Wissen um die Entstehungsmechanismen der wandernden Aktivitätswellen kann zukünftig die Therapie von Erkrankungen des Gehirns wie Schizophrenie, Epilepsie oder Parkinson verbessern und beim Verständnis über diese Erkrankungen helfen. Digitale Gehirnzwillinge ermöglichen es, die Reaktion eines Gehirns auf einen bestimmten Reiz zu simulieren und Therapien wie die Gehirnstimulation personalisiert am Computer zu planen.
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