Um in unserer komplexen Umwelt zu bestehen, muss unser Gehirn ständig Informationen aus verschiedenen Sinnesorganen zusammenführen und interpretieren. Doch wie entscheidet das Gehirn, welche Signale relevant sind und integriert werden müssen? Ein Schlüsselmechanismus liegt in der Erkennung von Korrelationen zwischen den Signalen.
Die Rolle der Signalkorrelation bei der multisensorischen Integration
Signale, die von verschiedenen Sinnen stammen, aber ihren Ursprung im gleichen Ereignis haben, weisen oft Ähnlichkeiten auf. Ein Feuerwerk, ein fallender Gegenstand oder Schritte auf der Straße erzeugen beispielsweise korrelierte Seh- und Höreindrücke. In solchen Fällen nehmen wir intuitiv an, dass die Eindrücke von einem einzigen Ereignis herrühren.
Früher ging man davon aus, dass das Gehirn lediglich die Gleichzeitigkeit von Sinneseindrücken registriert. Neuere Forschungen haben jedoch gezeigt, dass die Korrelation der Signale eine entscheidende Rolle spielt. In einer Studie des Max-Planck-Instituts für biologische Kybernetik in Tübingen wurden Probanden Ton- und Bildsequenzen präsentiert, die entweder korreliert oder unkorreliert waren. Die Ergebnisse zeigten, dass die Probanden die Signale nur dann optimal kombinierten, wenn sie zeitlich korrelierten.
Diese Erkenntnisse deuten darauf hin, dass das Gehirn eine effiziente Strategie entwickelt hat, um die Vielzahl der Umgebungsreize zu filtern und relevante Informationen zu identifizieren. „Dadurch können wir beispielsweise bei einer lauten Cocktailparty zuordnen, welche Person mit welcher Stimme spricht“, erklärt Cesare Parise.
Künstliche Neuronen aus Phase-Change-Material als Speicher- und Verarbeitungseinheiten
Inspiriert von der Funktionsweise des menschlichen Gehirns haben Wissenschaftler des IBM-Forschungszentrums in Rüschlikon zufällig feuernde Neuronen aus Phase-Change-Material hergestellt. Diese künstlichen Neuronen können Daten speichern und verarbeiten, ähnlich wie ihre biologischen Vorbilder.
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Die künstlichen Neuronen bestehen aus Germanium-Antimon-Tellurid, einem Material, das auch in wiederbeschreibbaren Blu-ray DVDs verwendet wird. Durch elektrische Impulse wird das Material zwischen einem amorphen (ungeordneten) und einem kristallinen (geordneten) Zustand hin- und hergeschaltet. Dieser Vorgang ahmt die „Integrate-and-fire“-Eigenschaft biologischer Neuronen nach, bei der ein Neuron erst dann ein Signal weiterleitet, wenn es eine bestimmte Schwelle erreicht hat.
Die Forscher ordneten Hunderte von künstlichen Neuronen in Gruppen an, um schnelle und komplexe Signale zu verarbeiten. Die Neuronen erwiesen sich als äußerst robust und überstanden Milliarden von Schaltzyklen bei geringem Energieverbrauch. Diese Technologie könnte in Zukunft in Neurocomputern eingesetzt werden, um große Datenmengen effizienter und schneller zu verarbeiten, beispielsweise im Internet der Dinge oder im Bereich des Cognitive Computing.
Die Anzahl unserer Gedanken: Mythos und Realität
Es kursieren viele Behauptungen über die Anzahl der Gedanken, die wir täglich denken. Oft wird behauptet, dass es zwischen 60.000 und 80.000 Gedanken sind, von denen ein Großteil negativ sei. Eine Studie aus dem Jahr 2020 von JULIE TSENG und JORDAN POPPENK von der Queen’s University stellt diese Zahlen jedoch in Frage.
Mithilfe von Hirnscans (fMRT-Technologie) beobachteten die Forscher die Übergänge zwischen verschiedenen Denkzuständen und identifizierten sogenannte „Gedankenwürmer“. Ihre Ergebnisse deuten darauf hin, dass wir eher auf etwa 6.000 Gedanken pro Tag kommen. Die Studie untersuchte auch den Zusammenhang zwischen Übergängen in der Netzwerkaktivität des Gehirns und dem Persönlichkeitsmerkmal Neurotizismus. Personen mit höherem Neurotizismus wiesen tendenziell eine höhere Rate von Übergängen in der Netzwerkaktivität auf.
Die biochemischen Grundlagen des Denkens
Jeder Gedanke löst im Gehirn eine biochemische Reaktion aus. Botenstoffe wie Neurotransmitter, Neuropeptide und Hormone werden ausgeschüttet. Negative Gedanken führen beispielsweise zur Ausschüttung von Adrenalin, Noradrenalin, Cortisol, Cytokine und Histamine, während positive Gedanken die Ausschüttung von Serotonin, Oxytocin, Dopamin, Endorphine und Vasopressin fördern. Diese Botenstoffe beeinflussen unsere Emotionen und unser körperliches Befinden.
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Mentaltraining kann uns helfen, unsere Gedanken in eine positive Richtung zu lenken. Die Neuroplastizität unseres Gehirns ermöglicht es uns, lebenslang zu lernen und uns anzupassen. Neue Schaltkreise werden gebildet, wenn wir Neues lernen oder uns neuen Herausforderungen stellen. Alte Schaltkreise werden abgebaut, wenn wir sie nicht mehr nutzen.
Die Veränderbarkeit des Gehirns durch Lernen und Vorstellungskraft
Der Neurowissenschaftler Donald Ording HEBB formulierte 1970 den Satz: „What fires together wires together.“ Dies bedeutet, dass sich Nervenzellen im Gehirn, die gleichzeitig aktiviert werden, zu einem Neuronen-Netzwerk verbinden. Studien haben gezeigt, dass sich das Gehirn beim Lernen verändert.
PASCUAL-LEONE et al. demonstrierten in einer oft zitierten Untersuchung, dass alleine die Gedanken in der Lage sind, die physische Struktur des Gehirns zu verändern. In ihrem Experiment lernten zwei Gruppen von Klavieranfängern eine bestimmte Tonfolge. Eine Gruppe übte die Tonfolge real am Klavier, während sich die andere Gruppe nur vorstellte, die Tasten zu drücken. Am Ende des Experiments zeigten Gehirnscans, dass sich die Gehirne beider Gruppen auf ähnliche Weise verändert hatten. Sowohl die praktische Übung als auch die rein mentale Vorstellung bewirkten eine Veränderung im Bewegungszentrum des Gehirns.
Korrelation vs. Kausalität: Ein wichtiger Unterschied
Es ist wichtig, zwischen Korrelation und Kausalität zu unterscheiden. Nur weil zwei Dinge gleichzeitig auftreten, bedeutet das nicht, dass das eine das andere verursacht. Das sogenannte französische Paradox mit dem "gesunden Glas Rotwein" pro Tag beruht genau auf diesem Trugschluss.
Ein weiteres Problem in der Forschung ist, dass viele Studienergebnisse nicht reproduzierbar sind. Nur etwa ein Drittel der Wiederholungsstudien kommt zum gleichen Ergebnis wie die Originalstudie.
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Die Rolle der Dornfortsätze beim Lernen und Erinnern
Das Gehirn übertrifft Computer in seiner Lernfähigkeit und seinem Erinnerungsvermögen. Grundlage dafür ist die flexible Vernetzung von über 100 Milliarden Nervenzellen. Eine wichtige Rolle spielen dabei Dornfortsätze, auch „dendritische Spines“ genannt. Diese feinsten Nervenzellausläufer werden beim Lernen und Erinnern stetig umgebaut.
Die Veränderbarkeit neuronaler Signalübertragung ist eine der herausragenden Eigenschaften des Gehirns und wird von Neurowissenschaftlern als zelluläre Grundlage für das menschliche Gedächtnis angesehen. Dies ist besonders einleuchtend, wenn man assoziatives Gedächtnis verstehen möchte. Dabei gilt es, Informationen, die auf den ersten Blick nichts miteinander zu tun haben, aufzunehmen, zu verknüpfen und als sinnvollen Zusammenhang zu speichern.
In einer Studie trainierten Forscher Mäuse darauf, einen Berührungsreiz an ihren Tasthaaren mit einem darauffolgenden kleinen Luftstoß gegen die Augen zu assoziieren. Während die Tiere lernten, ihre Augen nach der Tasthaarberührung zu schließen, um den Luftstoß aufs offene Auge zu vermeiden, beobachteten die Hirnforscher starke Umbauvorgänge der Dornfortsätze. Im Mittel wurden 15 Prozent der Dornfortsätze abgebaut, je länger der Lernprozess voranschritt und je besser die individuelle Lernleistung der Maus war.
Die Zona Incerta: Ein Schlüssel zur Gedächtnisbildung
Forschende der Medizinischen Fakultät der Universität Freiburg und des Max-Planck-Instituts für Hirnforschung haben entdeckt, dass ein wenig erforschtes Gehirnareal, die „Zone der Ungewissheit“ oder „Zona Incerta“, auf unkonventionelle Weise mit dem Neokortex kommuniziert, um die Gedächtnisbildung schnell zu steuern.
Die Forscher fanden heraus, dass die Zona Incerta hemmende Projektionen sendet, die selektiv Regionen des Neocortex innervieren, die bekanntermaßen für das Lernen wichtig sind. Beim Lernen entwickelten etwa die Hälfte der Synapsen stärkere positive Antworten, während die andere Hälfte genau das Gegenteil tat. Dies deutet darauf hin, dass Zona-Incerta-Synapsen frühere Erfahrungen auf einzigartige, bidirektionale Weise kodieren.
Die illusorische Korrelation: Wenn das Gehirn falsche Verbindungen herstellt
Die illusorische Korrelation ist ein fesselndes Konzept in der Psychologie, das die Tendenz von Menschen beschreibt, einen Zusammenhang zwischen zwei Ereignissen oder Variablen zu sehen, wo keiner existiert. Interessanterweise tritt die illusorische Korrelation häufig in unserem Alltagsleben auf. Zum Beispiel könnten Menschen annehmen, dass Regen immer dann eintritt, wenn sie ihren Regenschirm vergessen.
Die illusorische Korrelation entsteht durch verschiedene kognitive Verzerrungen wie den Bestätigungsfehler, die Mustererkennung und Erinnerungsverzerrungen. Der Bestätigungsfehler lässt uns bevorzugt Informationen suchen und verarbeiten, die unsere bestehenden Überzeugungen bestätigen. Die Mustererkennung lässt uns glauben, dass leicht abrufbare Informationen repräsentativer sind als schwer zugängliche Daten (Verfügbarkeitsheuristik). Erinnerungsverzerrungen führen dazu, dass wir uns selektiv an Ereignisse erinnern, die unseren Überzeugungen entsprechen.
Illusorische Korrelationen können gravierende Auswirkungen auf unsere Entscheidungsfindung haben. Von persönlichen Entscheidungen bis hin zu jenen, die beruflicher oder finanzieller Natur sind, neigen wir dazu, falsche Verknüpfungen herzustellen, die unsere Rationalität beeinflussen.
Um illusorische Korrelationen zu vermeiden, ist es wichtig, kritisches Denken und das Bewusstsein für kognitive Verzerrungen zu fördern. Bildungsinitiativen und Trainingsprogramme spielen eine entscheidende Rolle, um kritisches Denken in den Vordergrund zu rücken.
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