Unser Verständnis von Hirnaktivität war traditionellerweise mit Hirnarealen verbunden: Wenn wir sprechen, ist das Sprachzentrum des Gehirns aktiv. Neue Forschungen eines internationalen Teams von Psychologen, dass von David Alexander und Cees van Leeuwen (Labor für Wahrnehmungsdynamiken), geleitet wird und in dem Forscher des Bernstein Center und von BrainLinks-BrainTools mitwirken, zeigen, dass diese Sichtweise zu rigide sein könnte. Der gesamte Kortex, nicht nur die jeweils verantwortliche Region, wird aktiviert, wenn eine bestimmte Aufgabe beginnt. Weiterhin findet Aktivität in einem bestimmten Muster statt: Aktivitätswellen rollen von einer Seite des Gehirns auf die andere.
Pressemitteilung der KU Leuven
Das Gehirn kann auf verschiedenen Skalen studiert werden, erklärt Forscher David Alexander: "Es gibt Neuronen, Schaltungen zwischen Neuronen, die Brodmann-Areale - Gehirnbereiche, die mit einer bestimmten Funktion korrespondieren - und den gesamten Kortex. Traditionellerweise haben Forscher eine lokale Aktivität beobachtet, wenn sie Hirnaktivität studiert haben, zum Beispiel die Aktivität in den Brodmann-Arealen. Zu diesem Zweck nutzt man EEGs um die elektrische Hirnaktivität zu messen, während ein Proband eine Aufgabe verrichtet. Dann wird versucht, die Aktivität zu einem oder zu mehreren Gehirnregionen zurückzuverfolgen.
Aktivitätswellen
In dieser Studie erforschen die Psychologen Neuland: "Wir untersuchen die Aktivität in der Großhirnrinde als Ganzes. Das Gehirn ist ein permanent aktives System. Wenn wir etwas wahrnehmen, kommt die Information nicht in einem spezifischen Teil unseres Gehirns an. Stattdessen wird sie zu der bereits existierenden Aktivität hinzugefügt. Wenn wir die elektrochemische Aktivität des gesamten Kortex messen, finden wir wellenähnliche Muster. Dies zeigt, dass Hirnaktivität nicht lokal ist, sondern dass sich die Aktivität stattdessen konstant von einem Teil des Gehirns in einen anderen bewegt. Die lokale Aktivität in den Brodmann-Arealen erscheint nur, wenn der Durchschnitt vieler solcher Wellen genommen wird.
Jede Aktivitätswelle in der Großhirnrinde ist einzigartig. "Wenn jemand die gleiche Aktion, beispielsweise Fingertrommeln, wiederholt, wird das motorische Zentrum des Gehirns stimuliert. Aber bei jeder einzelnen Handlung wird dennoch eine unterschiedliche Welle über den gesamten Kortex gesendet. Vielleicht ist eine Person beim ersten Ausführen der Handlung stärker involviert als beim nächsten Mal, oder eine Person ist einmal abgelenkt und mit den Gedanken an einem anderen Ort, oder diese Person übt die Handlung mit einem anderen Ziel aus. Die Richtung der Wellen ist ebenfalls bedeutsam. Es ist beispielsweise bereits deutlich, dass die Aktivität der Wellen, die mit Orientierung zu tun haben, bei Kindern anders ausfallen als bei Erwachsenen. Bei Kindern verlaufen sie deutlicher von hinten nach vorne. Weitere Forschung soll entschlüsseln, was diese unterschiedlichen Ausrichtungen bedeuten."
Originalartikel:
David M. Alexander, Peter Jurica, Chris Trengove, Andrey R. Nikolaev, Sergei Gepshtein, Mikhail Zvyagintsev, Klaus Mathiak, Andreas Schulze-Bonhage, Johanna Ruescher, Tonio Ball, Cees van Leeuwen (2013) Traveling waves and trial averaging: The nature of single-trial and averaged brain responses in large-scale cortical signals. NeuroImage, Vol. 73, Juni 2013, Seiten 95–112
Video Clips:
Eine Welle von Gehirnaktivität wird durch elektrische Signale auf der Gehirnoberfläche gemessen. Die Elektroden wurden in die linke Hemisphäre eines Patienten mit renitenter Epilepsie im Vorlauf einer operativen Behandlung eingepflanzt. Die zwei Kopfansichten zeigen den Elektrodenbereich von der Außenseite (links) oder der Innenseite (rechts). Die Welle braucht in etwa 125 Millisekunden, um den dargestellten Bereich des Kortex zu durchqueren. Die Zeiten, die unten im Bild angezeigt werden sind relativ zu der willentlichen Fingerbewegung des Subjekts bei null Millisekunden. Die Welle hat ihren Ursprung im hinteren Bereich des Kortex und schreitet zur frontalen Region fort. Die Färbung zeigt die Spitze der Welle als warme Farben und die Senke der Welle als dunkle Farben.
Eine Welle von Gehirnaktivität wird außerhalb des Kopfes durch das magnetische Feld, welches sie erzeugt, gemessen. In der linken Bildhälfte wird die linke Ansicht des Kopfes gezeigt, während in der rechten Bildhälfte die rechte Ansicht des Kopfes abgebildet ist. Die Welle braucht in etwa 100 Millisekunden, um die gesamte Hirnoberfläche zu durchqueren. Die Welle hat ihren Ursprung im unteren linken Bereich des Kopfes und schreitet zum unteren frontalen rechten Bereich des Kopfes fort. Die Färbung zeigt die Spitze der Welle als warme Farben und die Senke der Welle als dunkle Farben.