Wie das Gehirn lernt
Forschern zufolge werden im basalen Vorderhirn wichtige Prozesse gesteuert, die für Konzentration und Lernen von zentraler Bedeutung sind. Allerdings ist noch ungeklärt, wie diese Steuerung erfolgt, da die Zuordnung zwischen Signalen und unterschiedlichen Zelltypen in diesem Hirnareal schwierig ist. Um dieses Problem zu lösen, entwickelte das EU-finanzierte Projekt NBATTENTION (The role of the basal forebrain in attention and learning) eine Methode, um Signale aus verschiedenen Neuronen im basalen Vorderhirn zu identifizieren und aufzuzeichnen. Mit erweiterten hochmodernen Verfahren wurde untersucht, welche Neuronen bei Mäusen aktiv werden, wenn sie kognitive Aufgaben lösen. Je nach Aufgabe, die das Neuron hat, werden verschiedene Arten von chemischen Botenstoffen (Neurotransmitter) freigesetzt, die stimulierend (exzitatorisch), hemmend (inhibitorisch) oder modulierend auf andere Hirnstrukturen bei der Verarbeitung von Informationen wirken. NBATTENTION nutzte eine bahnbrechende lichtaktivierte Methode (optogenetische Tags) für die Aufzeichnung und Manipulation von Signalen einzelner Neuronen im basalen Vorderhirn bei normal agierenden Mäusen. Insbesondere untersuchten sie die Reaktion der einzelnen Neuronen bei Aufmerksamkeits- und Lernaufgaben. Dabei feuerten modulierende Neuronen in schneller Folge als Reaktion auf Belohnung oder Bestrafung, vor allem, wenn beide Trigger unerwartet kamen. Da die Reaktion vom Grad der Erwartung abhing, könnten diese Neuronen für Verstärkungslernen durch Überraschungseffekt zuständig sein. Bei diesem wichtigen Überlebensmechanismus wird ein bestimmtes Verhalten wiederholt oder vermieden, wenn eine frühere, nicht vorsehbare Erfahrung gemacht wurde. Im Gegensatz dazu feuerten inhibitorische Neuronen als Reaktion auf belohnungs- und bestrafungsbezogene Stimuli länger und anhaltender. Die Ergebnisse legen nahe, dass modulierende Neuronen im basalen Vorderhirn den Lernprozess steuern, indem nach Verhaltens-Feedback eine schnelle Aktivierung des Kortex erfolgt. Es bestätigte sich jedoch nicht, dass das modulatorische Nervensystem Daueraufmerksamkeit steuert (wach und aufmerksam zu bleiben). Da die modulatorischen Neuronen des basalen Vorderhirns an kognitiven Erkrankungen wie Alzheimer und Parkinson beteiligt sind, könnte NBATTENTION damit Diagnose und Behandlung deutlich verbessern.
Schlüsselbegriffe
Daueraufmerksamkeit, Lernen, Neuronen, basales Vorderhirn, NBATTENTION, kognitive Erkrankungen
