Einführung
Unser Gehirn ist ein bemerkenswertes Organ, das uns ermöglicht, die Welt um uns herum zu verstehen und uns in ihr zurechtzufinden. Es verarbeitet ständig Informationen, passt sich neuen Situationen an und speichert Erfahrungen, die unser Verhalten beeinflussen. Die Neurowissenschaften haben in den letzten Jahrzehnten erhebliche Fortschritte bei der Entschlüsselung der komplexen Mechanismen erzielt, die diesem Verständnis zugrunde liegen.
Kognition: Die Bausteine des Denkens
Menschen verfügen über einzigartige Fähigkeiten zu denken, zu forschen, zu planen und die Welt zu verändern. Diese Fähigkeiten, die unter dem Begriff "Kognition" zusammengefasst werden, sind das Ergebnis der Evolution und dienen in erster Linie dem klugen Handeln in der Welt. Das Denken entstand wahrscheinlich aus Handlungsplanungen, die nicht sofort ausgeführt wurden.
Kognition umfasst ein breites Spektrum an Fähigkeiten, darunter:
- Gedächtnis und Bewusstsein: Die Fähigkeit, sich an vergangene Ereignisse zu erinnern und sich der eigenen Existenz und Umgebung bewusst zu sein.
- Wahrnehmung und Aufmerksamkeit: Die Fähigkeit, Informationen aus der Umwelt aufzunehmen und sich auf relevante Reize zu konzentrieren.
- Bewegungssteuerung: Die Fähigkeit, willkürliche Bewegungen auszuführen.
- Sprache und Kommunikation: Die Fähigkeit, Sprache zu verstehen und zu verwenden, um mit anderen zu kommunizieren.
- Emotion, Kreativität, Motivation und Empathie: Die Fähigkeit, Gefühle zu erleben, neue Ideen zu entwickeln, motiviert zu sein und sich in andere hineinzuversetzen.
Latente Abstraktionen: Gedankliche Karten des Gehirns
Ein Forschungsteam der Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg und der Brown University (USA) hat eine neue Theorie darüber aufgestellt, wie unser Gehirn in einer Welt mit ständig wechselnden Anforderungen die Kontrolle über Entscheidungen und unser Verhalten behält. Die Neuropsychologen gehen davon aus, dass das Gehirn sogenannte latente Abstraktionen nutzt, um Informationen je nach Situation neu zu organisieren. Diese Abstraktionen wirken wie gedankliche Karten, die das Gehirn fortlaufend aktualisiert, sobald sich die Umgebung verändert.
Dieser Ansatz ist von rekurrenten neuronalen Netzwerken der künstlichen Intelligenz inspiriert. Diese Netzwerke besitzen Schleifen, die frühere Informationen im System fortwirken lassen, also eine Art künstliches Kurzzeitgedächtnis. Die Wissenschaftler leiten aus der Funktionsweise solcher Netze die Hypothese ab, dass das menschliche Gehirn auf ähnliche Weise verborgene Abstraktionen bildet und darüber sein Verhalten steuert und adaptiv an neue Situationen anpasst.
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Die Rolle des präfrontalen Cortex
Der präfrontale Cortex (PFC) gilt seit den frühen 2000er-Jahren als Schaltstelle für zielgerichtetes Verhalten. Er ist an komplexen kognitiven Prozessen wie Entscheidungsfindung, Planung und Problemlösung beteiligt. Eine neue Theorie, die Verhalten, neuronale Signale und flexible Anpassung unter einem gemeinsamen Mechanismus vereint, fehlt jedoch noch.
Um ihre neue Theorie der kognitiven Kontrolle zu testen, verbindet das Forschungsteam Daten aus dem Labor mit Modellen künstlicher Intelligenz. Zunächst werten sie EEG-Aufnahmen von mehr als 1.300 Personen aus, die eine klassische Reiz-Konflikt-Aufgabe bearbeitet haben. Parallel dazu lernen künstliche Netzwerke, dieselbe Aufgabe zu lösen. Durch den direkten Vergleich wollen die Forscher sichtbar machen, welche „inneren Rechnungen“ Mensch und Modell gemeinsam haben. Im letzten Schritt gehen sie buchstäblich ins Gehirn hinein: Mit einer gezielten Ultraschallsimulation beeinflussen sie vorübergehend die Aktivität im posterioren medialen Frontalkortex, jener Hirnregion, die Fehler erkennt und Verhalten anpasst.
Neuronale Korrelate des Bewusstseins
Die Forschung zu den neuronalen Korrelaten des Bewusstseins (NCC) zielt darauf ab, herauszufinden, wie Bewusstseinszustände mit Gehirnaktivität in verschiedenen Gehirnregionen zusammenhängen. Wissenschaftler verwenden bildgebende Verfahren wie die funktionelle Magnetresonanztomographie (fMRT) und Elektroenzephalographie (EEG), um die Gehirnaktivität zu messen, während Probanden verschiedene Aufgaben ausführen oder Reize betrachten.
Studien haben gezeigt, dass die Aktivität in bestimmten Gehirnarealen, insbesondere in höheren visuellen Arealen des ventralen Pfads, mit bewussten Wahrnehmungsinhalten einhergeht. Beispielsweise wurde festgestellt, dass der Gyrus fusiformis (FFA) für die Verarbeitung von Gesichtern und die Parahippocampal Place Area (PPA) für die Verarbeitung von Orten spezialisiert sind.
Die Theorie Integrierter Informationen
Die Theorie Integrierter Informationen (TII) von Giulio Tononi postuliert, dass Bewusstsein aus zwei grundlegenden Eigenschaften resultiert: Differenzierung und Integration. Differenzierung bedeutet, dass wir eine große Anzahl verschiedener Bewusstseinszustände erleben können. Integration bedeutet, dass unsere bewusste Wahrnehmung immer einheitlich und zusammenhängend ist.
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Laut der TII benötigt ein bewusstes System eine bestimmte Architektur, die sowohl einen hohen Grad der Spezialisierung als auch eine selektive Integration ermöglicht. Der Cortex im menschlichen Gehirn scheint diese architektonischen Voraussetzungen zu erfüllen.
Die Plastizität des Gehirns
Das Gehirn ist nicht statisch, sondern verändert sich ständig. Diese Fähigkeit, sich immer wieder neu zu strukturieren, wird als Neuroplastizität bezeichnet und begleitet uns ein Leben lang. Beim Lernen setzen wir neue Reize, wodurch sich das neuronale Netz verändert, neue Verbindungen zwischen den Nervenzellen bilden und es dichter und größer wird.
Die Neuroplastizität ermöglicht es uns, uns in unbekannten Umgebungen zu orientieren, mit neuen Situationen zurechtzukommen und uns von neurologischen Schäden zu erholen. Die Neubildung von Nervenzellen, die sogenannte Neurogenese, findet hauptsächlich im Hippocampus statt, einem Bereich im Gehirn, der für das Gedächtnis und Lernen zuständig ist.
Wahrnehmung ist selektiv
Wahrnehmung ist immer selektiv: Das Gehirn entscheidet ständig, welche Informationen wichtig genug sind, um ins Bewusstsein vorgelassen zu werden. Ein internationales Forschungsteam hat nun untersucht, welche Gehirnaktivitäten mit Änderungen in der subjektiven Wahrnehmung einhergehen, und dabei charakteristische Muster von Gehirnwellen im präfrontalen Cortex gefunden. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass langsame Schwingungen größerer Gehirnregionen die eigentliche Arbeit erledigen und als Türhüter entscheiden, welche Sinnesinformation Zugang zu unserem Bewusstsein bekommt.
Die Bedeutung von Andersdenken
Der Neurowissenschaftler Beau Lotto erklärt in seinem Buch „Deviate: The Science of Seeing Differently“, dass unsere Fähigkeit, sich Konformität zu widersetzen, im Grunde fast jeden Vorstoß auf dem Weg des menschlichen Fortschritts bewirkt hat. Er betont, dass Wahrnehmung das Fundament für alles bildet, was wir denken, tun, glauben, wissen oder lieben.
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Lotto argumentiert, dass wir uns oft auf die Effizienzseite der Gleichung konzentrieren und die Kreativität vernachlässigen. Er fordert uns auf, eine Lebensweise anzunehmen, die es uns ermöglicht, den Bereich der Ungewissheit zu betreten und den Innovationszyklus von Neuem zu starten.
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