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Grazer Forscher: Die Äste von Dendritenbäumen spezialisieren sich auf wiederkehrende MusterBearbeiten

Graz - Informatiker der TU Graz sind bei der Erforschung von Neuronen (Nervenzellen) im Gehirn einem neuen Lerneffekt auf die Spur gekommen: Computersimulationen haben ergeben, dass sich die feinen Äste von sogenannten Dendritenbäumen selbstständig auf wiederkehrende Muster spezialisieren können - somit wird die Lernfähigkeit eines Neurons beträchtlich erhöht. Das Forschungsergebnis, das einem EU-weiten Projekt zur Erforschung grundlegender Lernmechanismen von Neuronen entspringt, wurde nun im Fachjournal "The Journal of Neuroscience" publiziert.

Das menschliche Gehirn besteht aus einem Netzwerk von mehreren Milliarden Nervenzellen. Verbunden sind diese durch eigene Kontaktstellen, die Synapsen. Wie Informationen an den Synapsen weitergegeben werden, wird schon seit mehreren Jahren von den Wissenschaftlern am Institut für Grundlagen der Informationsverarbeitung (IGI) der TU Graz untersucht.

Computersimulationen

"Wie sich der Stamm eines Baumes in Äste aufteilt, besitzen auch Neuronen einen Dendritenbaum, der sich immer feiner verzweigt. Während aber ein Baum mit den Blättern auf seinen Ästen Sonnenlicht sammelt, sammeln diese Nervenzellen Informationen an den Synapsen. Diese treffen dort in Form von elektrischen Impulsen ein", erklärt Robert Legenstein, der das Projekt gemeinsam mit IGI-Leiter Wolfgang Maass betreibt. Im Zuge des dreijährigen EU-Projektes "Brain-i-Nets" (Novel Brain Inspired Learning Paradigms for Large-Scale Neuronal Networks) erforschen die Informatiker gemeinsam mit Neurowissenschaftlern und Physikern Rechenprinzipien und Lernmechanismen im Gehirn - in Computersimulationen konnten sie das neue Phänomen nun beobachten.

"Unsere theoretischen Untersuchungen und Simulationen haben ergeben, dass diese Äste aus der großen Menge an Impulsen nach immer wiederkehrenden Mustern suchen. Genauer gesagt versucht jeder Ast sich auf solch ein wiederkehrendes Muster zu spezialisieren, und dann jedes Wiederauftreten von diesem Muster dem Zellkörper durch einen Impuls zu melden", so Maass. Dadurch strukturieren und filtern die Äste den hereinkommenden Inputstrom auf intelligente Weise - als Effekt werde die Rechenfähigkeit des Neurons erhöht, so der Forscher. Somit erfüllten diese Äste eine zusätzliche Rolle bei der Informationsweitergabe im Gehirn. (red)