Einführung
Die Gehirn Wasser Cluster Forschung bietet faszinierende Einblicke in die Funktionsweise des Gehirns und die Struktur von Wasser. Neueste Forschungsergebnisse des Exzellenzclusters „Science of Intelligence“ (SCIoI) an der TU Berlin legen nahe, dass unser Gehirn oft am Rande des Nervenzusammenbruchs arbeitet. Diese Erkenntnisse basieren auf der Untersuchung des Schwarmverhaltens von Schwefelmollys in Mexiko, das Parallelen zu Prozessen im menschlichen Gehirn aufweist. Darüber hinaus spielt die hexagonale Wasserstruktur eine entscheidende Rolle für unsere Gesundheit und den Zellstoffwechsel.
Das Schwarmverhalten der Schwefelmollys als Analogie zum Gehirn
Die Rolle der Schwefelmollys in der Forschung
Die Wissenschaftler:innen des SCIoI untersuchten ein Phänomen, das in den Baños del Azufre in Mexiko auftritt. Dort leben Millionen von Schwefelmollys in sauerstoffarmen Teichen mit schwefligen Quellen. Das Schwarmverhalten dieser kleinen Fische ähnelt Vorgängen in unserem Gehirn.
Die Verteidigungsstrategie der Schwefelmollys
Die Schwefelmollys halten sich tagsüber meist an der Wasseroberfläche auf, um zu atmen, und tauchen nur gelegentlich zur Nahrungsaufnahme ab. Für Räuber wie den Eisvogel sind die dicht gedrängten Fische eine leichte Beute. Greift ein Eisvogel an, tauchen die Mollys in seiner Nähe ab, was eine Kettenreaktion auslöst. Durch das rasche Abtauchen entstehen kleine Wasserwirbel, die sich blitzartig ausbreiten und feinste Verästelungen bilden. Diese Wellen warnen nicht nur die weiter entfernten Fische, sondern verwirren auch den Eisvogel.
Die Verbindung zum Gehirn
Henning Sprekeler, Professor für Modellierung kognitiver Prozesse an der TU Berlin, erklärt, dass sich das System der Schwefelmollys an einem kritischen Punkt befindet, an der Grenze zwischen Stillstand und Chaos. Diese Theorie könnte auch für unser Gehirn zutreffen. Entscheidend ist die Verstärkung, mit der Signale weitergegeben werden. Wenn eine Nervenzelle im Gehirn durch einen Stromimpuls im Mittel nur eine weitere Nervenzelle anregt oder ein Fisch durch sein Abtauchen nur einen Nachbarn beeinflusst, beträgt die Stärke der Signalübertragung 100 Prozent. Ist die Übertragungsrate niedriger, stirbt das Signal schnell ab, ist sie höher, wird das System von einer Signallawine überrollt.
Modellierung des Fischschwarms
Da sich alle Phänomene an der zweidimensionalen Wasseroberfläche abspielen, war das System der Schwefelmollys ideal, um mithilfe von Kameraaufnahmen ein mathematisches Modell zu erstellen. Parameter wie Ausbreitungsgeschwindigkeit und Reichweite der Wellen sowie die Aufenthaltsdauer der Fische an der Oberfläche wurden berücksichtigt. Die Fische wurden im Computer einzeln als Agenten simuliert. Das Ergebnis zeigte, dass sich die Fische so verhalten, dass die Übertragungsrate knapp unter 100 Prozent liegt, um ein Abdriften ins Chaos zu vermeiden.
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Neuronale Netze und die Effizienz der Informationsübertragung
Um herauszufinden, ob dieses Verhalten optimal ist, trainierte Sprekelers Team ein neuronales Netz, um die effizienteste Informationsübertragung im System zu finden. Die Ergebnisse stimmten mit den Beobachtungen der Biologen in der Natur überein. Dies deutet darauf hin, dass das Verhalten der Schwefelmollys als Analogie zum Gehirn dienen könnte. Die Beobachtung von Hunderttausenden von Fischen ermöglicht einen besseren Einblick in die komplexen Prozesse im Gehirn als bisherige Studien mit Zellkulturen oder Sonden in echten Gehirnen.
Hexagonale Wasserstruktur und ihre Bedeutung für die Gesundheit
Die Bedeutung von kohärentem Wasser
Gesundheit bedeutet Ordnung, und kohärentes Wasser schafft diese Ordnung. Lebendiges Wasser hat eine hexagonale Struktur, die für einen gesunden Zellstoffwechsel optimal ist. Der Wasserforscher Dr. Wolfgang Ludwig bezeichnete diesen Zustand als Wasser II.
Wasser-Cluster und ihre Struktur
Wassermoleküle (H2O) sind durch Wasserstoffbrücken verbunden und bilden Wasser-Cluster. Dr. Ludwig erklärte, dass es zwei Arten von Wasser gibt: Wasser I mit instabilen Clustern und Wasser II mit kristallähnlicher Ordnung. Im gesunden Zustand hat unser Körperwasser eine hohe Ordnungsstruktur, idealerweise in hexagonaler Form.
Die Rolle von hochwertigem Wasser im Zellstoffwechsel
Hochwertiges Wasser, wie z.B. artesisches Quellwasser, kann vom Körper sofort in Stoffwechselprozessen verwendet werden, ohne es umwandeln zu müssen. Wasser I mit chaotischen Clusterstrukturen muss erst unter Energieaufwand in zellgängiges Wasser umgewandelt werden. Lebenswichtige Stoffe wie Vitamine, Mineralien und Spurenelemente gelangen im Wasser gelöst in die Zelle. Die Information des Mineralions wird von der Zelle abgelesen, und diese reibungsfreie Informationsübertragung ist von einer intakten Wasserstruktur abhängig.
Der Wasserkreislauf und lebendiges Wasser
Natürliches Wasser durchläuft einen langen Weg durch mineralreiche Gesteinsschichten, bevor es als artesische Quelle an die Oberfläche tritt. Dabei wird es verwirbelt und kommt energiegeladen und hochgeordnet an. Solche reinen Quellen werden als lebendige Wässer bezeichnet, da sie den Körper nähren und ihm Energie zuführen. Wenn dieses Wasser direkt am Quellort in Glasflaschen abgefüllt wird, behält es seine hexagonale Struktur und Lebendigkeit.
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Studien zur Wasserqualität und Zellvitalität
Eine Doppelblind-Studie untersuchte den Einfluss unterschiedlicher Wasserqualitäten auf die Zellvitalität. Die Studie zeigte, dass lebendiges Wasser sich signifikant positiv auf die Zellgesundheit auswirkt. Teilnehmer, die artesisches, lebendiges Mineralwasser tranken, zeigten deutliche Verbesserungen der Vitalität der Zellen und eine Tendenz zum Gewichtsverlust im Vergleich zu Teilnehmern, die handelsübliches Mineralwasser tranken.
Erfahrungsheilkunde und die Bedeutung von Wasser
Mediziner wie Dr. med. Thomas Rampp empfehlen in ihrem Fachbuch „Wie Wasser heilt“ die Verwendung von qualitativ hochwertigem Wasser als Basis-Heilmittel. Er betont, dass Wasser möglichst unbelastet und idealerweise noch „lebendig“ sein sollte, um spürbare und sichtbare Veränderungen im Körper zu bewirken.
Lernen und Gedächtnis auf molekularer Ebene
Die Rolle von Proteinen bei Lernprozessen
Lernen und Gedächtnis beruhen auf Molekülveränderungen im Gehirn. Die Produktion neuer Proteine an den Kommunikationsstellen zwischen Nervenzellen spielt dabei eine entscheidende Rolle. Das Gehirn muss einerseits veränderbar sein, um zu lernen, andererseits aber auch Informationen lange speichern können.
Synapsen als kleinste Ebene von Lernprozessen
Die Synapsen, die Kontakt- und Kommunikationspunkte zwischen Axonen und Dendriten verschiedener Neuronen, sind die kleinste Ebene, auf der Lern- und Gedächtnisprozesse nachgewiesen wurden. Ein Neuron leitet seine Information als elektrisches Signal entlang des Axons. An der Präsynapse wird das elektrische Signal in ein chemisches umgewandelt, indem ein Botenstoff freigesetzt wird. Der Empfänger-Teil der Synapse, die Postsynapse, gehört zu einem anderen Neuron.
Lokale Proteinproduktion in Neuronen
Die Fähigkeit von Synapsen, ihre Übertragungsstärke langfristig zu verändern, gilt als Lernen und Gedächtnis auf Zellebene. Die Produktion neuer Proteine spielt dabei eine entscheidende Rolle. Neuronen können Proteine dezentral, also lokal nahe an Synapsen, produzieren. Viele mRNAs, die Bauanleitungen für Proteine, befinden sich in Synapsen-Nähe.
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Mikroskopische Untersuchungen und die Rolle von Mitochondrien
Mithilfe von Mikroskopie und speziellen Methoden zur Identifizierung neuer Proteine konnten Wissenschaftler feststellen, dass die Proteinproduktion im Sender- oder Empfänger-Teil der Synapse stattfindet. Hemmende und erregende Synapsen unterschieden sich dabei. Die Energieversorgung für zelluläre Lernvorgänge erfolgt durch Mitochondrien, die Kraftwerke der Zelle. Ein lokaler Ausfall der Energieversorgung beeinflusst die Proteinproduktion und die Manifestation von Lernvorgängen.
Die Kritikalitätshypothese und das Gehirn
Das Leistungspotenzial des Gehirns an der Grenze zwischen Ordnung und Chaos
Wie biologische Systeme wie das Gehirn oder Tierschwärme die Vielzahl an Einzelinformationen optimal zusammenführen, ist wenig bekannt. Die Kritikalitätshypothese besagt, dass das größte Leistungspotenzial des Gehirns an der Grenze zwischen Ordnung und Chaos liegt.
Forschung an Schwefelmollys bestätigt die Kritikalitätshypothese
Forschende des Exzellenzclusters „Science of Intelligence“ konnten diese Hypothese an einem Fischschwarm nachweisen. Im Zustand der Kritikalität reagieren die Individuen maximal schnell auf externe Reize mit einer maximal effektiven Informationsweitergabe.
Die Funktionsweise des Gehirns im Zustand der Kritikalität
Die Informationsverarbeitung im Gehirn basiert auf einem Netzwerk von rund 86 Milliarden Neuronen. Nach der Kritikalitätshypothese ist unser Gehirn deshalb so effizient, weil es sich permanent an einem kritischen Punkt zwischen Ordnung und Chaos befindet. Ordnung bedeutet, dass die Neuronen hochsynchron aktiv sind, während Chaos bedeutet, dass die Zellen unabhängig voneinander Impulse aussenden.
Die Bedeutung der Wellenbewegung der Schwefelmollys
Die Schwefelmollys nutzen die Wellenbewegung, um angreifende Vögel zu verwirren und den Schwarm in einen Zustand optimaler Alarmbereitschaft zu versetzen. Die Intensität der Hinweise korreliert mit der Gefahr, sodass die Fische angemessene Reaktionen koordinieren können.
Unterschiede zwischen Fischschwärmen und neuronalen Systemen
In neuronalen Systemen ändert sich die Struktur des Interaktionsnetzwerks zwischen den einzelnen Elementen langsamer als das dynamische Verhalten im Fischschwarm. Die dynamische Gruppenstruktur und individuelle Verhaltensparameter beeinflussen das kollektive Verhalten und können zu alternativen Mechanismen der Selbstorganisation in Richtung Kritikalität führen.
Stammzellenforschung am Zebrafisch
Die Regeneration des Zebrafischgehirns
Der Zebrafisch besitzt die Fähigkeit, beschädigtes Hirngewebe zu regenerieren und verlorene Nervenzellen zu ersetzen. Diese Fähigkeit ist bei Säugetieren nicht vorhanden. Die Stammzellenforschung am Zebrafisch bietet Einblicke in die Mechanismen der Regeneration und könnte neue Therapieansätze für neurologische Erkrankungen beim Menschen ermöglichen.
Die Rolle des Immunsystems bei der Regeneration
Das Immunsystem spielt eine wichtige Rolle bei der Regeneration des Zebrafischgehirns. Es hilft, Entzündungen abzuwehren und die Nervenzellproduktion in Gang zu setzen. Die Forschung konzentriert sich darauf, wie das Immunsystem die Stammzellen steuert und den Heilungsprozess fördert.
Wassercluster: Struktur und Eigenschaften
Die Bedeutung von Wasserstrukturen
Wasser bildet auch im flüssigen Zustand geordnete Strukturen, die großen Einfluss auf seine chemischen und physikalischen Eigenschaften haben. Die Struktur dieser Cluster ist jedoch noch unklar, da sie extrem kurzlebig und schwer zu detektieren sind.
Forschung an Wasserclustern
Wissenschaftler erforschen Cluster aus wenigen Wassermolekülen, um deren energieärmsten Konfigurationen zu ermitteln. Für Cluster von bis zu fünf Wassermolekülen ist dies bereits gelungen, diese bilden flache Ringe. Der Sechser-Cluster, der sich aus der Ebene erhebt, erlaubt Rückschlüsse auf die Struktur realen Wassers.
Die Struktur des Sechser-Clusters
Die stabilste Struktur des Sechser-Clusters ist die Käfigstruktur, gefolgt vom Prisma und der Buch-Struktur. Mithilfe isotopenmarkierter Wassermoleküle und Rotationsspektroskopie konnten die Forscher die Form und Häufigkeit der Cluster bestimmen.
Computersimulationen und die Validierung von Modellen
Der Cluster aus sechs Wassermolekülen ist ein Prüfstein für die theoretische Chemie mit Computermethoden, da es diverse Strukturen mit nahezu minimaler Energie gibt. Die gefundenen Strukturen bestätigen, dass die von Computersimulationen vorhergesagten Strukturen den Energieminima entsprechen.
Prof. Lydia M. Sorokin und der Exzellenzcluster „Cells in Motion“ (CiM)
Die Rolle von Prof. Sorokin im Cluster
Prof. Lydia M. Sorokin ist Teil des Koordinations-Teams des Exzellenzclusters „Cells in Motion“ (CiM) und vertritt diesen als Sprecherin. Sie leitet die Abteilung Pathobiochemie am Institut für Physiologische Chemie und Pathobiochemie der Medizinischen Fakultät der Universität Münster.
Die Bedeutung des Clusters für die Forschung
Der Exzellenzcluster hat die Forschung in Münster durch die Ermöglichung von Kontakten zu anderen Fakultäten und die Schaffung einer neuen, interdisziplinären Struktur positiv verändert. Die Vielfalt und Kreativität in der Forschung wurden durch den Cluster gesteigert.
Forschungsschwerpunkte von Prof. Sorokin
Prof. Sorokin forscht im Bereich Entzündung und Autoimmunerkrankungen. Sie untersucht, wie Zellen in entzündetes Gewebe eindringen, und analysiert das extrazelluläre Umfeld, die Extrazelluläre Matrix. Ihre Forschung trägt zur Diagnose von entzündlichen Krankheiten bei.
Interdisziplinäre Zusammenarbeit und neue Erkenntnisse
Die interdisziplinäre Zusammenarbeit im Exzellenzcluster ermöglicht neue Erkenntnisse und innovative Forschungsansätze. Die Möglichkeit, Zellen im lebendigen Tier zu untersuchen, führt zu einem besseren Verständnis der komplexen Prozesse im Körper.
Die Zukunft der Forschung in Münster
Prof. Sorokin sieht sehr gute Chancen für die Fortsetzung der Arbeit des Clusters und die Entwicklung der Forschung in Münster. Die Schaffung einer neuen, interdisziplinären Struktur und die Anerkennung von außen stärken die Position des Standorts.