Neuronale Kodierungsmuster für die Entscheidungsfindung
Informationsverarbeitung und Berechnungen im Gehirn sind eine komplexe Aufgabe, an der mehrere neuronale Aktivitäten beteiligt sind. Zur Erforschung derartiger kognitiver Aufgaben müssen die zugrunde liegenden neuronalen Korrelationen ermittelt werden. In jüngster Zeit konnten die Wissenschaftler im Rahmen des Projekts NEUCOD (Information-theoretic approach to infer encoding patterns in a decision making process) bedeutende Fortschritte bei der Aufzeichnung und Quantifizierung der neuronalen Richtungskorrelationen verzeichnen. Zu Beginn wählten sie ein einfaches, aber wirkungsvolles neuronales Kodierungsinferenzverfahren aus, das Informationen über Reize vom Quellneuron nachverfolgen und deren Verbreitung bestimmen kann. Dieses System ermöglicht es den Wissenschaftlern, Muster der verteilten Informationen aus gleichzeitigen neuronalen Aufzeichnungen während der verschiedenen Phasen einer Aufgabe zu gewinnen. Die Forscher erhoben einen Datensatz aus simultanen kortikalen Aufzeichnungen von zwei Affen beim Lösen einer mit Entscheidungsfindung verbundenen Aufgabe. Eine paarweise Richtungskorrelation zwischen mehreren neuronalen Paaren wurde während der verschiedenen Stufen der Aufgabe - Wahrnehmung, Arbeitsgedächtnis, Entscheidungsfindung und motorischer Befund - geschätzt. Eine Anwendung des neuronalen Kodierungsinferenzverfahrens bei der Analyse von während dieser somatosensorischen Diskriminationsaufgabe erhaltenen Datensätzen der Primaten ergab interessante Resultate. Die Kodierungsmuster legen nahe, dass die neuronalen Korrelationspfade bei den Affen bei bestimmten Reizmerkmalen oder Entscheidungsberichten aktiviert werden. So erfolgt die Informationsverarbeitung aufgabenspezifisch mit aktiven Kodierungsmustern, die während der Aufgabe in bestimmten kortikalen Bereiche des Gehirns sichtbar sind. Überdies ist diese Information in disjunkten Korrelationswegen kodiert, und die sensorischen und verhaltensbezogenen Informationen sind in verschiedenen Zeitskalen verteilt. Die Projektergebnisse fanden über Veröffentlichungen in Fachzeitschriften sowie Präsentationen auf Konferenzen und Workshops Verbreitung. Zukünftige Forschungsanstrengungen könnten sich schwerpunktmäßig auf die Quantifizierung der Informationen zwischen Thalamus und Cortex im Gehirn konzentrieren. Somit könnte man die Entwicklung eines mechanistischen Modells der neuronalen Informationsverarbeitung unterstützen. Auch nach Ende des NEUCOD-Projekts arbeiten die Forschenden weiter an der funktionalen Interpretation von EEG-Aufzeichnungen von Epilepsiepatienten. Die Studienergebnisse werden den Forschern eine Hilfe dabei sein, die neuronalen Korrelate epileptischer kognitiver Defizite beim Menschen zu bestimmen. Eine Anwendung in der Anfallsvorhersage sowie zur Unterstützung der Neurochirurgen bei einer besseren Lokalisierung des epileptischen Herds bei potenziellen Hirnresektionen erscheint möglich.
Schlüsselbegriffe
neuronal, neural, Verschlüsselungsmuster, Kodierungsmuster, Entscheidungsfindung, Informationsverarbeitung, Richtungskorrelation, neuronale Kodierungsinferenz, epileptisch, somatosensorische Diskriminierung, somatosensorische Unterscheidung
