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Wie das Gehirn Objekte erkennt

Um einen Stuhl oder einen Hund zu erkennen, zerlegt das Gehirn sie in einzelne Eigenschaften und setzt sie anschließend wieder zusammen. Bislang war unklar, um welche Eigenschaften es sich dabei handelt. Wissenschaftler haben diese nun identifiziert – von „bunt“ und „flauschig“ bis „wertvoll“ – und stellen fest: Es braucht lediglich 49 Merkmale, anhand derer wir beinahe jedes Ding erkennen.

Das setzt sich aus etwa der Farbe, Form und Größe zusammen, aber auch daraus, dass es „was mit Natur zu tun hat“ hat, „sich bewegen kann“, „wertvoll ist“ oder „was mit Feuer“ ist. Die Forscher testeten knapp 5.500 Teilnehmer und benutzen dazu fast 2000 Bilder, die in fast 1,5 Millionen Dreier-Kombinationen präsentiert wurden. Daraus sollten die Teilnehmer eines auswählen, das sie als unterschiedlicher wahrnehmen als die anderen beiden. In letzterem Falle war das für die einen womöglich der Koala, weil er im Gegensatz zu den anderen beiden ein Lebewesen ist oder als „nicht flach“ betrachtet wird. Für andere die Brezel, weil Türvorleger und Koala flauschig sind oder man nur die Brezel essen kann.

„Unsere Ergebnisse zeigen, wie wenige Eigenschaften es eigentlich braucht, um alle Objekte in unserer Umgebung zu charakterisieren“, sagt Martin Hebart, Erstautor dieser Studie. Ob also etwa die Muschel oder der Hund als typischeres Tier wahrgenommen wird. Im Grunde erklären wir damit die Grundprinzipien unseres Denkens, wenn es um Objekte geht.“

Die Erkenntnisse könnten auch medizinisch genutzt werden. Bislang glaubte man etwa, dass Patienten, die wegen einer Hirnschädigung bestimmte Tiere nicht identifizieren können, Lebewesen insgesamt nicht erkennen. Womöglich hat der Betroffene aber ein Defizit darin, die Eigenschaft „flauschig“ zu erkennen, die den Tieren zugrunde liegt.

Referenzen:
Max-Planck-Institut für Kognitions- und Neurowissenschaften
Revealing the multidimensional mental representations of natural objects underlying human similarity judgements; Nat Hum Behav. 2020; https://doi.org/10.1038/s41562-020-00951-3

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Neurologie Wissenschaft

Wie Hirnzellen umlernen

Menschen wie Tiere haben die Fähigkeit, sich immer wieder auf neue Situationen einzustellen. Die biologischen Prozesse, die diese Leistungen ermöglichen, sind noch sehr unvollständig verstanden. Das Institut für Hirnforschung der Universität Zürich illustrierte nun im Mausmodell, welche Nervenzellen im Gehirn dabei das Kommando haben.

Für die Versuche simulierten die Forscher in Mäusen einen Prozess des Umlernens und untersuchten auf Ebene einzelner Nervenzellen, was dabei im Gehirn passiert. Zunächst trainierten sie die Tiere darin, nach einer Berührung der Tasthaare mit grobkörnigem Sandpapier zu schlecken – was zu einer Belohnung mit Zuckerwasser führte. Bei Berührung mit feinkörnigem Sandpapier hingegen durften sie nicht schlecken, sonst löste dies ein unangenehmes Geräusch aus. Hatten die Mäuse dies verstanden, wurde der Spiess umgedreht: Nun gab es die Belohnung bei feinkörnigem Sandpapier, was diese schnell erlernten.

Dabei erwies sich, dass ein Teil der Grosshirnrinde, eine Gruppe von Hirnzellen des orbitofrontalen Kortex während des Umlernens besonders aktiv war. Diese Zellen haben lange Fortsätze, die bis in das Areal der sensorischen Nervenzellen reichen, die bei Mäusen Tastreize verarbeiten. In diesem Areal folgten die Zellen zunächst dem alten Aktivitätsmuster, ein Teil passte sich dann allerdings der neuen Situation an. Die Plastizität dieser Zellen und die Instruktion durch die höhere Instanz des orbitofrontalen Kortex scheint demnach für die Flexibilität des Verhaltens entscheidend zu sein. Wurden diese ausgeschaltet, funktionierte das Umlernen nicht.

Die Forscher nehmen an, dass sich diese fundamentalen Prozesse in ähnlicher Weise auch im menschlichen Gehirn abspielen und die Forschungsergebnisse zum besseren Verständnis von Hirnkrankheiten beitragen können, bei denen diese Flexibilität gestört ist, wie beispielsweise bei Formen von Autismus und Schizophrenie.

Referenzen:

Universität Zürich https://www.media.uzh.ch/de/medienmitteilungen/2020/Flexibles-Handeln.html

Value-guided remapping of sensory cortex by lateral orbitofrontal cortex, Nature 2020; https://doi.org/10.1038/s41586-020-2704-z

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Neurologie Psychologie Wissenschaft

Zarte Berührungen steuern Sozialverhalten

Neue Erkenntnisse darüber, wie das Neuropeptid Oxytocin das Sozialverhalten koordiniert, liefert ein internationales Team von Wissenschaftlern aus Deutschland, Frankreich, Israel und den USA. Oxytocin beeinflusst nicht nur Geburt und Stillzeit, sondern optimiert direkt das Gehirn, um Emotionen, Geschlechtsverkehr, Paarbindung und elterliches Verhalten zu ermöglichen. Wie genau Oxytocin diese prosozialen Verhaltensweisen fördert und was die tatsächliche Freisetzung des Neuropeptids auslöst, blieb jedoch ein Rätsel.

Nun gelang es erstmals elektrophysiologische Aufnahmen einzelner Oxytocin-Neuronen in sich frei bewegenden, weiblichen Ratten zu machen. So konnte nachgewiesen werden, dass sogenannte parvozelluläre Oxytocin-Neuronen, speziell bei körperlicher Berührung aktiviert werden, diese das gesamte Oxytocinsystem ankurbeln und so schlussendlich die Kommunikation zwischen weiblichen Ratten fördern.

Die Ergebnisse bilden die Basis für Therapieansätze, bei denen Oxytocin als wirksames Mittel zur Behandlung von psychischen Störungen eingesetzt werden könnte. Eine Kombination aus sensorischer Körperstimulation (zum Beispiel durch Massage) und Oxytocin-Verabreichung in die Nase könnte krankhafte sozial-emotionale Veränderungen beim Menschen synergistisch abschwächen. Auf diese Weise könnte es Patienten helfen, die von psychischen Erkrankungen wie der Autismus-Spektrum-Störung und posttraumatischer Belastungsstörung betroffen sind.

Referenzen:
Pressemeldung ZI Mannheim
Social touch promotes interfemale communication via activation of parvocellular oxytocin neurons, Nature Neuroscience 27. July 2020;
DOI: https://doi.org/10.1038/s41593-020-0674-y

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Tiermedizin Wissenschaft

Pubertierende Hunde leiden unter emotionalen Schwierigkeiten, wie Menschen

Emotional, unberechenbar und mit einer auffälligen Missachtung der Regeln können Jugendliche schwer zu handhaben sein. In einer aktuellen Studie stellte sich heraus, dass auch jugendliche Hunde eine Achterbahn der Emotionen durchlaufen.

Weiters zeigten Teenagerhunde, die nicht so eine starke und vertrauensvolle Bindung zu ihren Besitzern hatten, ein höheres Konfliktverhalten gegenüber ihren Haltern und folgten ihren Anweisungen weniger. Ebenso kamen Hunde früher in die Pubertät, wenn die Bindung zum Hundebesitzer geringer war.

Die Studienautoren erhoffen sich mit den Ergebnisse ein besseres Verständnis der Hundehalter gegenüber ihren pubertierenden Hunden, da Hunde vermehrt in Tierheimen landen, wenn sie die Pubertät erreichen.

Referenzen:
Biology Letters , The Royal Society, 13 May 2020
https://royalsocietypublishing.org/d…/10.1098/rsbl.2020.0097

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