Gamma-Oszillationen - Interneurone geben den Takt an
Ein zentrales Thema unserer bisherigen Blog-Beiträge ist die synchrone, oszillatorische Aktivität von Neuronenpopulationen im Gehirn. Wie bereits früher beschrieben, stellt neuronale Synchronisation einen potentiellen Mechanismus zur Koordination räumlich getrennter, neuronaler Netzwerke dar. Sie ist also immer dann von Bedeutung, wenn Cortex-Areale zusammen arbeiten. Experimentell konnte gezeigt werden, dass ein breites Spektrum von Hirnfunktionen mit neuronalen Synchronisationsprozessen in spezifischen Frequenzbereichen einher geht. Insbesondere Wahrnehmungsprozesse stehen in direkter Verbindung mit neuronaler Aktivität im sogenannten Gamma-Frequenzbereich bei 40 Hz. Bislang konnte lediglich vermutet werden, dass diese Gamma-Oszillationen corticaler Schaltkreise durch die synchronisierende Aktivität von Interneuronen in der Hirnrinde ermöglicht werden. (Hier noch einmal der weiterführende Link zu scholarpedia.org)
Ein erst seit knapp drei Jahren etablierter Zweig der Neurowissenschaften stellt Wissenschaftlern nun das Handwerkszeug zur Verfügung, die hochvernetzten Strukturen im Gehirn gezielt zu untersuchen und zu beeinflussen: Die Optogenetik (siehe Spektrum der Wissenschaft Mai 2009). Mittels optogenetischer Verfahren können einzelne Zelltypen innerhalb des Nervensystems äußerst präzise manipuliert werden, wodurch die Funktion einzelner Elemente in komplexen neuronalen Schaltkreisen gezielt untersucht werden können. Im Prinzip werden hierbei Nervenzellen auf gentechnischem Wege mit den Genen für Lichtsensorproteine (z.B. Kanalrhodopsin-2) versehen, welche es ermöglichen, die Neurone durch Bestrahlung mit Licht zu aktivieren. Auf diese Weise ist es möglich spezielle Zellgruppen in den komplexen, neuronalen Netzwerken im Gehirn selektiv mit einem sprichwörtlichen Schalter auszustatten und ihre Aktivität mittels Licht zu steuern.
Durch den geschickten Einsatz optogenetischer Methoden ist es einer Gruppe von Neurowissenschaftlern um Karl Deisseroth nun gelungen, einen direkten experimentellen Beweis für den Ursprung corticaler Gamma-Oszillationen zu erbringen. Sie untersuchten die Funktionalität neuronaler Schaltkreise aus Pyramidenzellen und parvalbumin-positiven Interneuronen in der Hirnrinde von Mäusen, indem sie den Lichtsensor Kanalrhodopsin-2 gezielt in die parvalbumin-positiven Interneurone einklonierten.
In zwei aufeinander aufbauenden Studien konnten die Forscher zeigen, dass die untersuchte Klasse von Interneuronen maßgeblich dazu beiträgt, ob der gesamte Schaltkreis in synchrone Gamma-Oszillationen eintritt oder nicht. Wurden die lichtgesteuerten Interneurone mit Lichtblitzen bei 40 Hz angeregt, führte dies zu einer Verstärkung des ‚Local Field Potentials‘ (LFP, Hier ein Maß für die synchrone Aktivität von lokalen Netzwerken) im Gamma-Bereich. Zudem konnte durch gezielte Aktivierung und Deaktivierung der Interneurone demonstriert werden, dass die Gamma-Oszillationen nachgeschalteter Pyramidenzellen direkt durch den Aktivierungszustand der Interneurone bestimmt wird.
Deisseroth und Kollegen beschränkten sich allerdings nicht nur auf die Untersuchung des grundlegenden Zusammenspiels von Pyramidenzellen und Interneuronen, sondern untersuchten auch die funktionelle Bedeutung dieses Zusammenspiels. Mittels Einzelzellableitungen in Pyramidenzellen war es ihnen möglich zu demonstrieren, dass insbesondere die Phase der lichtgesteuerten 40Hz Aktivität der Interneurone den Output der corticalen Schaltkreise beeinflusst. Die Interneurone fungieren in diesem Sinne als Filter, der die zeitliche Koordination und damit Synchronisation ausgehender Signale in nachgeschaltete, exzitatorischen Pyramidenzellen ermöglicht.
In weiteren Versuchen untersuchten die Forscher den modulatorischen Einfluss der Interneurone auf die Verarbeitung und Weiterleitung von eingehenden Signalen. Hierzu aktivierten sie Pyramidenzellen in den zu untersuchenden Schaltkreisen mittels elektrischer Stimulation bei exakt definierten Frequenzen im Gamma-Frequenzbereich, was eine Aktivierung der parvalbumin-positiven Interneurone im Gamma-Frequenzbereich zur Folge hatte. Eine Korrelationsanalyse der aus dem Schaltkreis ausgehenden Signale mit der initialen Stimulation zeigte, dass die Stimulation von Pyramidenzellen im Gamma-Frequenzbereich die Signalweiterleitungseigenschaften des Neuron-Interneuron-Schaltkreises verbesserte. Aktivierung im Gamma-Bereich resultierte in einem verbesserten Signal-Rausch-Verhältnis durch eine Erhöhung der Signalverstärkung bei gleichzeitiger Reduktion der Rauschaktivität im Netzwerk.
Die von der Forschergruppe um Karl Deisseroth genutzten optogenetischen Techniken lieferten folglich erstmals experimentelle Beweise für die Annahme, dass Netzwerkzustände, die durch Gamma-Oszillationen charakterisiert sind durch parvalbumin-positive, schnell-feuernde Interneurone induziert werden und dass Gamma-Oszillationen den Informationsfluss in cortikalen Schaltkreisen verbessern.
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Literatur:
- Originalmeldung "Feel the rhythm" auf www.nature.com.
- Cardin, J. A. et al. Driving fast-spiking cells induces gamma rhythm and controls sensory responses. Nature Apr 26 2009 (doi: 10.1038/nature08002)
- Sohal, V. S. et al. Parvalbumin neurons and gamma rhythms enhance cortical circuit performance. Nature Apr 26 2009 (doi: 10.1038/nature07991)
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Hallo Ingmar,
da ich Hemi-Sync von Robert A. Monroe anwende, interessiert es mich außerordentliche, unser menschliches Gehirn auch einmal von Ihrem Standpunk aus, zu betrachten.
Henry
Hallo Vincent,
wieder eine informative Anregung für meinen Hirnschrittmacher!
Unklar bleibt in der Darstellung, wie die Zwischenneurone in vivo zu ihrem Rhythmus kommen, den sie an die Pyramidenzellen weitergeben.
Die Frage ist: Sind die Zwischenneurone selbst Ursprung der Oszillation, oder vermitteln sie nur den Rhythmus, den sie z. B. auf den „unspezifischen Bahnen“ vom Aufsteigenden Retikulären Aktivierungssystem (ARAS) des Thalamus erhalten?
S.R.
Wer ist Vincent? Falscher Blog? ;-)
Danke für den Hinweis,
so ein schöner Name, der mich an die besten Filme von Ingmar Bergmann erinnert,...
die Verwechselung kann ich nur mit einem Bier und beginnendem Altersschwachsinn erklärt werden, mein Schrittmacher muß dringend ausgewechselt werden.
Die nächste zu beantwortende Frage ist, wie im Formatio reticularis-Netzwerk der Unterschied getroffen wird, um den Grad der Aufmerksamkeit auf bestimmte Gehirnbereiche zu steuern - und auf andere nicht.
Und dann stellt sich die Frage, wieso wir uns nur der Inhalte des episodischen Gedächtnisses bewusst werden können - andere Bereiche aber nicht in unserem bewussten Erleben empfunden werden.
Worin könnte der Sinn des Phänomens liegen? Ist das nur ein Nebenprodukt? Datenübertragung wird damit doch kaum verbunden sein? Aktivierungssignale könnten auch einfacher übertragen werden. Synchrone Zustandsmaschienen machen ergeben doch auch keinen Sinn?
Hallo miteinander,
schön, dass der Beitrag auf Interesse stößt und auch ein paar interessante Fragen aufwirft. Die beiden von Steffen Rehm und Adenosine gestellten Fragen, stellen, wie bereits im Beitrag erwähnt, die Hauptaussagepunkte der zitierten Nature-Arbeiten dar.
@Steffen Rehm:
Die Gamma-Oszillationen scheinen tatsächlich direkt in den Neuron-Interneuron-Netzwerken zu entstehen und nicht durch andere zentrale Zustände beeinflusst zu werden. Stimulation der Interneurone über einen Frequenzbereich von 8-200Hz führte generell zu einem Anstieg der corticalen Gamma-Aktivität (20-80Hz).
@Adenosine:
Es anzunehmen, dass die Oszillationen im Gamma-Bereich tatsächlich an der Datenübertragung beteiligt sind, indem sie die Eigenschaften corticaler Netzwerke zur Informationsweiterleitung verbessern. Natürlich können Aktivierungssignale auch einfacher übertragen werden, aber man muss immer bedenken, dass die Signale auch koordiniert werden müssen, da es keine Schaltzentrale im Gehirn gibt in der die Informationen konvergieren. Oszillatorische Aktivität stellt eine solche Möglichkeit der Koordination neuronaler Signale im Gehirn dar.
Falls ich mich im Artikel nicht allgemeinverständlich ausgedrückt habe, bitte ich das zu entschuldigen. Ich habe mein Bestes versucht die -zugegeben- sehr spezifischen Informationen verständlich darzustellen, ohne mich in Details zu verlieren oder wie ein Lehrbuch zu klingen. ;-)
Allen, die sich für das Thema interessieren und mit ihrem Schicksal hadern, weil sie keinen umfassenden Zugang zur Fachliteratur haben, sei hier noch einmal wärmstens der Artikel "Binding by synchrony" auf www.scholarpedia.org empfohlen.
Mit besten Grüßen,
Ingmar
„Synchrone Zustandsmaschienen machen ergeben doch auch keinen Sinn?“
Meine abendliche Fehlleistung hat auch etwas Gutes: Sie zeigt, wie wichtig eine gut funktionierende Handlungskontrolle ist. Die muß ständig von unserem Gehirn geleistet werden. Meine Kontrolle war gestern abends vorübergehend schlampig, aber im sozialen System konnte Martin Huhn diese Kontrollfunktion übernehmen, so daß kein bleibender Schaden entstand.
Wie die ständige Handlungskontrolle wahrscheinlich mit Ingmars Thema, den corticalen Oszillationen im engen Zusammenhang steht, will ich noch ein wenig verdeutlichen:
Schon das Laufen auf zwei Beinen ist nur möglich durch permanente Kontrolle und Ausgleich des Gleichgewichts, was uns kaum bewußt wird.
Ballspiele, Fahradfahren oder das Fangen einer Frisbeescheibe, alle zielgerichteten Tätigkeiten sind ohne eine schnelle „sensomotorische“ Handlungskontrolle mit einer ebenso schnellen Korrekturmöglichkeit nicht vorstellbar.
In einem taktweise arbeitenden System kann ein enger zeitlicher Zusammenhang zwischen Handlung und Erfolgskontrolle sehr einfach dadurch erreicht werden, dass auf jeden Handlungsschritt ein Kontrollschritt folgt, der korrigierend auf den nächsten Handlungsschritt wirkt, dem wiederum ein Kontrollschritt folgt und so weiter.
Taktweise kann sich ein dynamisches System in schnellem periodischem Wechsel optimal an eine dynamische Umwelt anpassen, wobei der Regelkreis mit Aktion und Kontrolle (Rückkopplung) in rhythmisch-synchroner Folge vor sich geht.
Ein weiterer Sinn der synchronen Spannungsschwankungen erschließt sich über die Vorgänge an den Pyramidenzellen. Sie sollen durch komplexe Reizungen der Sinnesorgane erregt werden und sich mit gleichzeitig erregten Zellen zu komplexen Netzgestalten verbinden. Jede Pyramidenzelle ist aber über unzählige Verbindungen mit allen Teilen des Nervensystems „verdrahtet“, so dass eine einzige Erregung sich wie ein Buschfeuer schnell auf das ganze Gehirn ausbreiten würde, wenn die Neurone immer in erregbarem Zustand wären. Damit würde jede differenzierte Wahrnehmung oder Handlung unmöglich.
Wenn jedoch durch eine rhythmische Impulsfolge das Membranpotential der Pyramidenzellen gemeinsam angehoben und abgesenkt wird, so entstehen in ihnen erregbare Momente und unerregbare Momente in stetigem Wechsel. Dadurch kann kein Aktionspotential überdauern oder sich grenzenlos ausbreiten, jede Erregung wird sofort wieder durch einen Löschvorgang vernichtet, um einer neuen Erregung Platz zu machen.
Fazit: Am Anfang war der Rhythmus
S.R.
Lieber Ingmar,
Du schreibst:
„Die Gamma-Oszillationen scheinen tatsächlich direkt in den Neuron-Interneuron-Netzwerken zu entstehen“
Frage: Wodurch ist diese Meinung bewiesen?
Mir erscheint die Annahme nicht glaubwürdig, weil in vivo der schnelle Wechsel der Rhythmen immer auch als Reaktion auf den sensorischen Input geschieht. Diese Interneurone haben jedoch gar keine Verbindung zu spezifischen Sinnesorganen, sodaß die Frage offen bleibt, wie die Interneurone ihre rhythmische Tätigkeit an die ständig wechselnden Selektionen und Aktualitäten anpassen können.
Weil nach bisherigem Wissen die EEG-Grundaktivität vom Thalamus (Tor zum Bewußtsein) ausgehend über die „unspezifischen“ Bahnen der Formatio reticularis (Schlaf-Wach-System) getriggert wird, wäre meines Erachtens auch die Entstehung der schnellsten Rhythmen in diesem flexiblen Aktivierungssystem zu lokalisieren. Im Thalamus kommen alle Sinneserregungen auf engem Platz zusammen und werden auf ihrem Weg zum Cortex gefiltert nach Stärke und Wichtigkeit, und dazu ist das Zusammenspiel mit dem ARAS nötig, welches selektiv die „passenden“ Interneurone in der Rinde aktivieren kann (Aufmerksamkeit).
Übrigens: Die elektrischen Hirnschrittmacher, die bei M. Parkinson in klinischer Erprobung sind, sitzen im Thalamus oder N. subthalamicus.
Weitere Zweifel habe ich daran, daß 40Hz im Mäusehirn die gleiche Wirkung haben wie im menschlichen Gehirn (höchste geistige Anspannung). Haben Mäuse das gleiche EEG-Spektrum wie Menschen? Darüber weiss ich leider nichts, aber ich glaube eher an unterschiedliche Wellenbereiche, wobei die Mäuse generell mit schnelleren Frequenzen arbeiten könnten. Gibt es da gesicherte Erkenntnisse?
Auf jeden Fall ein spannendes Phänomen, das viel vom „bewußten Sein“ verständlich machen kann.
S.R.
Lieber Steffen,
ich glaube wir reden aneinander vorbei.
In den vorgestellten Studien wurden die Interneurone direkt über einen Frequenzbereich von 8 - 200Hz, ohne ein "vorgeschaltetes Sinnesorgan" stimuliert. Dies führte dazu, dass die "Schaltkreise" (Neurone + Interneurone) verstärkt im Gamma-Bereich aktiv wurden. Deisseroth und Kollegen konnten somit zeigen, dass die Stimulation von parvalbumin-positiven Interneuronen unabhängig von der Frequenz des Inputs eine Verstärkung der Gamma-Oszillationen zur Folge hat. Inherente Eigenschaften der Neuron-Interneuron-Netzwerke bewirken scheinbar, dass die Netzwerke bevorzugt im Gamma-Bereich aktiv werden. Das System kann folglich durch Aktivierung der Interneurone über ein breites Frequenzspektrum zu Gamma-Oszillationen gebracht werden.
Es wäre zudem falsch zu sagen, dass die Interneurone nicht in Verbindung mit den Sinnesorganen stünden. Sie haben zwar keine direkte Verbindung zu den Rezeptoren selbst, aber sie stehen natürlich in direkter Interaktion mit den Pyramidenzellen(Neuron-Interneuron-Netzwerke), die den sensorischen Input verarbeiten und sind damit selbst maßgeblich an der Verarbeitung der sensorischen Informationen beteiligt.
Hiermit soll NICHT gesagt werden, dass subcorticale Strukturen keinen Einfluss auf die rhythmische Arbeitsweise des Cortex haben. Thalamus und Reticularsystem üben sowohl treibende" als modulierende Funktionen aus und beeinflussen maßgeblich was im Cortex vor sich geht. Dies schließt auch die oszillatorische Aktivität im Cortex ein. Schließlich werden im Thalamus, wie Du schon richtig sagst, nahezu alle sensorischen Informationen verschaltet.
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"Weitere Zweifel habe ich daran, daß 40Hz im Mäusehirn die gleiche Wirkung haben wie im menschlichen Gehirn (höchste geistige Anspannung). Haben Mäuse das gleiche EEG-Spektrum wie Menschen? Darüber weiss ich leider nichts, aber ich glaube eher an unterschiedliche Wellenbereiche, wobei die Mäuse generell mit schnelleren Frequenzen arbeiten könnten. Gibt es da gesicherte Erkenntnisse?"
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Bevor wir diese Diskussion wieder (siehe letzter Blogbeitrag) von vorne aufrollen, möchte ich noch einmal klarstellen, dass man sich die rhythmische Aktivität des Gehirns nicht, wie die Arbeitstaktung einer CPU vorstellen darf. Sie hat nichts mit Schnelligkeit, Agilität oder Körpergröße des Organismus zu tun, sondern vielmehr mit den funktionellen und strukturellen Beschaffenheiten der Nervensysteme.
Was das Auftreten oszillatorischer Aktivität bei anderen Säugetieren angeht, kann ich Dir sagen, dass es in der Tat gesicherte wissenschaftliche Erkenntnisse gibt. Sowohl Ratten, Katzen und Primaten als auch Menschen zeigen Aktivität im Gamma Bereich. Gerade im angesprochenen 40Hz Bereich ist dies gut gesichtert, da hier zahlreiche Experimente durchgeführt werden und wurden. Speziell der Zusammenhang zwischen perzeptueller Integration und 40Hz-Gamma-Aktivität wurde zunächst intensiv mittels intracoricaler Ableitungen im visuellen Cortex von Katzen beforscht und dann auch in Primaten und Menschen nachgewiesen.
Wie Du schon sagst, kann hier noch immens viel gelernt und geforscht werden, bis wir auch nur annähernd verstehen können, wie unser Gehirn funktioniert. Falls wir das überhaupt können ;-)
Viele Grüße,
Ingmar
PS: Der "Hirnschrittmacher" bei Parkinson kompensiert eine Degeneration dopaminerger Neurone in der Substantia Nigra, muss also entsprechend tief ins Gehirn eingebracht werden.
PS2: Für wirklich umfassende Informationen zum Thema Oszillationen im Gehirn empfehle ich Dir weiterhin "Rhythms of the Brain" von Gyorgy Buzsaki.
Ich habe dazu noch Fragen:
Welche Bedeutung haben diese Erkenntnisse zur Erklärung der Funktionsweise unseres Gehirnes und welche (Erkenntnis-)Neuerung steckt in den neuen Forschungsmöglichkeiten?
Auch mit S. Rehms Feststellung stehe ich etwas auf dem Schlauch......
"Auf jeden Fall ein spannendes Phänomen, das viel vom „bewußten Sein“ verständlich machen kann"
Warum kann diese Forschung uns viel vom "bewußten Sein" verständlich machen?
Gehen die o.g. Erkenntnisse über die Donald Hebb'sche Regel: "cells that fire together, wire together" tatsächlich hinaus? bzw. andersherum gefragt, welcher Erkenntnisfortschritt seit Hebb steckt in dieser Studie?
Hallo einmal mehr,
nachdem ich noch einmal über die gestrigen Kommentare nachgedacht und mir auch noch einmal das Deisseroth-Paper vorgeknöpft habe, glaube ich, dass ein kleiner Nachtrag nötig ist.
Der Zusammenhang zwischen der direkten Stimulation von parvalbumin-positiven Interneuronen und den Gamma-Oszillation corticaler Schaltkreise ist nicht so einfach, dass jegliche Stimulation zwischen 8 und 200Hz zur Gamma-Aktivierung führt. Das wäre wohl auch sehr ineffizient, was die Datenverarbeitung betrifft. Ich bitte die starke Generalisierung und Vereinfachung hier zu entschuldigen.
Trotzdem können corticale Schaltkreise durch gezielte Stimulation der schnell-feuernden Interneurone über ein breites Frequenzspektrum und sogar durch zufällig zeitlich-strukturierte Reize zum Oszillieren im Gamma-Bereich gebracht werden. Subcorticale Strukturen können hierbei ebenso wie auch corticale Strukturen den treibenden Input liefern und dazu beitragen, dass sich Schaltkreise und Netzwerke im Gamma-Band synchronisieren.
In diesem Sinne möchte ich auch nochmal auf Steffen Rehms Frage nach dem definitiven Ursprung der Oszillationen zurückkommen. Hier lag offenbar das Missverständnis. Die corticalen Interneurone können, vereinfacht gesagt, verschiedenartigen rhythmischen und zufälligen Input in Gamma-Oszillationen umsetzen. Es aber natürlich auch rhythmische Aktivität im Gehirn, die nicht auf corticale schnell-feuernde Interneurone zurückzuführen ist. In diesem Sinne sind die Interneurone NICHT der Ursprung aller Oszillationsphänomäne, spielen aber eine essentielle Rolle für den speziellen Fall der Gamma-Oszillationen.
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@Monika Armand:
Unsere und auch die Gehirne vieler anderer Organismen arbeiten hochgradig parallel. Das bedeutet, dass in verschiedenen Regionen des Gehirns zeitgleich verschiedene Informationen verarbeitet werden. Sehr eindrucksvoll und gut nachvollziehbar lässt sich das am Beispiel des Sehens erklären. Beobachten wir ein Objekt z.B. einen Tennisball, so werden verschiedene Eigenschaften des Objektes (Form, Farbe, Textur, Bewegungsrichtung, Geschwindigkeit etc.) in verschiedenen Hirnregionen verarbeitet. Obwohl es keine zentrale Schaltstelle im Gehirn gibt in der diese getrennten Informationen wieder zusammegeführt werden, nehmen wir den Tennisball als zusammenhängendes Objekt wahr. Die verschiedenen neuronalen Netzwerke im Gehirn, die an der Verarbeitung verschiedenster Informationen beteiligt sind, müssen also in irgendeiner Art und Weise koordiniert werden. Dies gilt nicht nur für die sensorische Integration, sondern für alle Vorgänge im Gehirn, die ein koordiniertes und dynamisches Zusammenspiel verschiedener Regionen erfordern.
Neuronale Synchronisation und oszillatorische Aktivität stellen eine Möglichkeit dar mit der diese Aufgabe im Gehirn bewältigt werden kann.
Je genauer wir die Vorgänge verstehen, die zu Synchronisation und Oszillationen führen, desto mehr erfahren wir über die Funktionsweise des Gehirns und desto genauer können wir die "Fehlfunktionen"/Veränderungen verstehen, die zu neuronalen Erkrankungen führen.
Ich hoffe damit konnte ich zumindest ein paar Unklarheiten aus der Welt schaffen.
Mit vielen Grüßen,
Ingmar Schneider
PS: Das Hebb'sche Postulat hat durchaus noch seine Gültigkeit und spielt in den Hypothesen zur Funktion neuronaler Netzwerke eine wichtige Rolle.
vielen Dank für Ihre sehr gut nachvollziehbare Erklärung.
Was mir noch nicht ganz klar ist: Geht es hier um "Hoffnungen" bezüglich neuer Erkenntnisse oder handelt es sich hier bereits um echte Erkenntnisfortschritte?
Oder anders gefragt: Welcher neue Erkenntnisgewinn steckt bereits in dieser Forschung?
Liebe Monika Armand,
unser bewußtes Sein erscheint subjektiv als ein Kontinuum, als ungeteilter Fluß.
Das scheint jedoch eine Täuschung zu sein, ähnlich der Täuschung im Kino, wo uns 25 einzelne Bilder pro Sekunde ebenso ein ununterbrochenes Kontinuum vorgaukeln.
Wahrscheinlich ist das Bewußtsein gequantelt in einzelne „Zeitfenster“, sogar in variablen Frequenzen von ca. 6-40Hz entsprechend dem Grad der Wachheit. Im Schlaf und in der Narkose verschwindet das Bewußtsein ganz, weil mit der Verlangsamung der Oszillationen unter 6Hz die Erregbarkeit der Pyramidenzellen stark eingeschränkt oder sogar völlig aufgehoben ist. Umgekehrt ist bei höheren Frequenzen auch die Erregbarkeit bzw. „Wachheit“ gesteigert wie in Gefahrensituationen oder unter „Weckaminen“, starkem Kaffee usw.
Die Vertreter der Korrelationstheorie sehen in den synchronen corticalen Rhythmen eine Grundlage für die Integration der Sinneswahrnehmungen, die Auswahl der Aufmerksamkeit, das Gedächtnis und den Grad der Wachheit (in Abhängigkeit von der Frequenz).
Ohne diese Fähigkeiten wäre ein Gehirn nicht in der Lage, den "phänomenalen Zustand" Bewusstsein hervorzubringen.
Die Korrelationstheorie ergänzt auch den wichtigen Gedanken von Hebb, weil sie eine Erklärung dafür liefert, warum die Neurone immer nur in einem kurzen Zeitpunkt der Oszillation erregbar sind und deshalb überhaupt nur synchron feuern können.
Lieber Ingmar,
so kommen wir uns doch in taktvoller Art näher, wenn die Interneurone nicht
als Ursprung der Rhythmik gelten, sondern durch eine Art von Resonanzfrequenz
nur eine Bevorzugung bei ca. 40 Hz bewirken.
Das Besondere an dieser Studie war sicher auch die unphysiologische Reizmethode.
Freundliche Grüße
S.R.
Wenn man im Schlaf träumt (REM-Phase), dann vergisst man diesen Traum meistens wieder (= ohne Bewusstsein). Wird man aber (z.B. im Experiment) geweckt (= mit Bewusstsein), dann kann man sich oft an Teile des Traums erinnern.
Frage: gibt es einen Frequenzsprung, hin zu höheren Frequenzen, wenn man geweckt wird? oder, anders herum gefragt: dient hierbei das Kurzzeitgedächtnis als Mittler zwischen Unbewusstsein und Bewusstsein?
Lieber KRichard,
Deine Fragen kann ich ohne empirische Grundlagen nicht beantworten.
Beim Weckvorgang vermute ich vorübergehend sehr irreguläre, chaotische Vorgänge im Hirnstrombild.
Auf jeden Fall zeigt das EEG im Traumleben (REM), daß Frequenzen ähnlich wie im Wachzustand nötig sind, um Bewußtsein zu erleben.
Außerdem wird deutlich, daß die Erzeugung von Ich-Gefühl und Welt-Erleben auch ohne Sinnesreize von außen nur als innerliche Simulation aus dem Gedächtnis heraus möglich ist.
Das bringt mich zurück zu Deiner weitergehenden Frage, „wie im Formatio reticularis-Netzwerk der Unterschied getroffen wird, um den Grad der Aufmerksamkeit auf bestimmte Gehirnbereiche zu steuern - und auf andere nicht.“
Eine präzise Auskunft kann ich dazu auch nicht bieten, aber vielleicht kannst Du mit der Beschreibung des ARAS bei Wiki etwas anfangen:
http://de.wikipedia.org/wiki/Aufsteigendes_retikul%C3%A4res_Aktivierungssystem
Herzliche Grüße
S.R.
Für alle, die an den Hirnwellen interessiert sind, möchte ich auf den Berliner Arzt Carl Ludwig Schleich hinweisen, der die Erkenntnis einer periodischen geistigen Tätigkeit schon 1921 in seinem Buch „Bewußtsein und Unsterblichkeit“ (Rowolth-Verlag) beschrieb.
Zitat: „Das Ich blitzt von neuem auf in jeder Sekunde. Es ist also etwas, was immer im Augenblick neu entsteht, und ist nichts Kontinuierliches. Es scheint uns nur deshalb kontinuierlich, dauernd vorhanden, eine Kette von Zuständen, das Gefühl eines Beständigen, eines dauernden Seins, weil diese Phase des Aufblitzens der Sternschnuppen von der bewussten und der unbewussten Welle immer wieder von neuem aufspringt und Blitz auf Blitz folgt, so schnell hintereinander aufzuckt, dass eben für uns die Täuschung einer Dauer und eines Zustandsverweilens entsteht.“(S.48)
S.R.
Danke für den Hinweis.
Du schreibst, dass bei Oszillationen unter 6 Hz die Erregbarkeit der Pyramidenzellen eingeschränkt oder aufgehoben wird.
Dazu eine Frage:
Erinnern sich die Versuchspersonen auch an Träume wenn sie, bei der 2. oder 3. REM-Phase, nicht am Ende der REM-Phase geweckt werden - sondern am Anfang dieser Phase?
(Wenn sie am Anfang geweckt werden, dann könnte der erinnerte Traum aus der vorhergehenden REM-Phase stammen. D.h. eine verringerte Oszillation der Pyramidenzellen überdeckt diese Erinnerung nicht - oder man verfügt bereits nach kurzer REM-Phase über Träume.)
In diesem Sinne vielleicht noch ein kurzer Einwurf:
Beta(~13-30Hz) und Gamma(>30Hz) -Oszillationen werden nicht nur in Verbindung mit Bewusstseinsphänomenen diskutiert, sondern wurden experimentell auch zahlreichen weiteren Funktionen, wie perzeptueller Integration, Aufmerksamkeitsprozessen, dem Kurzzeitgedächtnis, verschiedenen Lernvorgängen etc. zugeordnet. Ebenso verhält es sich auch mit den niedrigeren Frequenzen. Auch hier werden zahlreiche Funktionen diskutiert; sogar Frequenzen unterhalb von 6Hz werden im Zusammenhang mit Kognition gebracht.
Das Spektrum der Funktionen oszillatorischer Netzwerkzustände im Gehirn scheint also sehr breit zu sein.
Meine Frage nach den erinnerbaren Träumen zielt auf die dahinter liegenden Ablauffunktionen (der Inhalt ist ja bekanntlich individuell gefärbt und daher hier nicht von Interesse).
Erinnern wir uns an erinnerbare Träume:
A) weil deren Inhalt gerade die intensivsten Oszilliationen / Aktivitäten im Gehirn bewirkt hat (= über einen bestimmen Schwellenwert hinausgehend),
B) weil sie aktuell mangels anderer Sinnesreize die einzig bedeutende Aktivität im Gehirn darstellten (= Reizgröße, im Vergleich zu Reizniveaus in anderen Gehirnteilen)
C) weil sie zufällig der letzte Inhalt im Kurzzeitgedächtnis waren.
D) oder weil A),B) und C) zusammen erst ein bewusstes Erinnern bewirken.