Das Gehirn: - 2
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#16

Das Gehirn:

in Biomagie - Die Vereinigung von Kraft & Form: 10.12.2015 00:26
von Adamon • Nexar | 14.589 Beiträge

http://www.teachsam.de/psy/psy_kog/lernth/lernth_5.htm

Die beiden Hälften unseres Gehirns besitzen für bestimmte Fähigkeiten und Arbeitsweisen des Bewusstseins eine besondere Leistungsfähigkeit. Mentale Prozesse vollziehen sich in der Regel im Zusammenwirken beider Gehirnhälften.




Die so genannte Lateralisierung der Hirnfunktionen beginnt in der Hirnentwicklung des Kindes, in der die beiden Gehirnhälften zunächst noch bei bestimmten Funktionen in Konkurrenz zueinander stehen. Mit zunehmendem Alter kommt es zur Spezialisierung:

Linke Gehirnhälfte:



Serielle Verarbeitung auftretender Informationen

Beispiele: Sprache, Mathematik, logische Operationen etc.

spezialisiert auf die fokussierte Perzeption



Rechte Gehirnhälfte:




Parallele Verarbeitung auftretender Informationen ( z. B. auf Geschwindigkeit hin optimierte Aktivitäten, die unverzichtbar sind für die motorische Ausführung und Bearbeitung von feinen visuellen oder auditorischen Details)

Muster- und Gesichtserkennung

Erkennen räumlicher Zusammenhänge

Erkennen emotionaler Inhalte

Nonverbale Kommunikation

spezialisiert auf die Wahrnehmung des Verhältnisses von einzelnen Bildern und ihrem Kontext


(vgl. Campbell/Reece 2003, S.1252)




Creative Commons Lizenzvertrag Dieses Werk ist lizenziert unter einer Creative Commons Namensnennung - Weitergabe unter gleichen Bedingungen 4.0 International License (CC-BY-SA) Dies gilt für alle Inhalte, sofern sie nicht von externen Quellen eingebunden werden oder anderweitig gekennzeichnet sind. Autor: Gert Egle/www.teachsam.de


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zuletzt bearbeitet 29.08.2018 16:16 | nach oben springen
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#17

RE: Das Gehirn:

in Biomagie - Die Vereinigung von Kraft & Form: 26.08.2016 16:08
von Adamon • Nexar | 14.589 Beiträge

http://www.grenzwissenschaft-aktuell.de/...irkung20160815/

EEG offenbart „soziale Fernwirkung“ zwischen befreundeten Gehirnen:


Symbolbild: Gedankenübertragung (Illu.)
Copyright: grewi.de
Florenz (Italien) – Italienische Neuropsychologen haben Hinweise dafür gefunden, dass die Gehirne von zwei befreundeten oder direkt verwandten Personen eine Fernwirkung aufeinander ausüben können: Während die aktiven „Sender“ innerhalb der Experimente audiovisuelle Reize bekam zeigten sich bei den „Empfängern“ synchron eine mittels EEG messbare, leicht erhöhte Hirnaktivität im Alphawellenbereich.

Wie das Team um William Giroldini von Evanlab in Florenz und Patrizio Tressoldi vom Dipartimento di Psicologia Generale an der Università di Padova aktuell im Online-Fachjournal „F1000Research“ (DOI. 10.12688/f1000research.6755.1) berichtet, haben sie in ihren Versuchen eng befreundete oder miteinander verwandte Partner untersucht, die zugleich erfahren in Meditationstechniken waren. Letzteres um sicherzustellen, dass die Probanden über eine längerfristige Konzentrationsfähigkeit verfügten.

Die Mitglieder eines jeden Paares wurden dann in jeweils zwei, mehrere Meter voneinander entfernt gelegene und getrennte Räume gebeten und zugleich sichergestellt, dass die beiden Partner keine Möglichkeit hatten, miteinander in irgendeine Form des (sensorischen) Kontakts zu treten. Zugleich wurde die Hirnaktivität beider Partner mittels eines Eletroenzephalographen (EEG) überwacht.

Der aktive „Sender“ wurde sodann gebeten, sich zu entspannen und dem passiven „Sender“ schlicht und einfach das „mental zu übermitteln“, was ihm in den Sinn kam. Während der jeweils 10-minütigen Sitzung, wurde das Gehirn des Senders 128 mal jeweils eine Sekunde lang stimuliert. Zwischen den Stimuli gab es Pausen mit zufällig getakteten Längen zwischen 4 und 6 Sekunden, um so möglicherweise vorhersehbare Rhythmen auszuschließen. Bei den Stimuli handelte es sich um mittels LEDs erzeugte Lichtsignale, die von sinusförmigen 500 Hz Audiosignalen von gleicher Länge begleitet wurden.

Der „Empfänger“ wurde ebenfalls gebeten, sich zu entspannen und sich darauf vorzubereiten, Stimuli durch seinen Partner zu empfangen: „Ihre Aufgabe ist es, sich mental mit ihren Partner/Partnerin so zu verbinden, dass sie die Stimuli, die dieser empfängt ebenfalls wahrnehmen.“

Insgesamt erhielten die Wissenschaftler auf diese Weise Daten von 25 Paaren.
Das Ergebnis, so berichten die Forscher, war „eine schwache aber stabile Reaktion bzw. ein statistisch signifikantes Signal im EEG der ‚Empfänger‘, besonders im Alphawellenbereich von 9-10 Hz.“

Während die Autoren der Studie allerdings einschränkend erklären, dass ihre Versuche eindeutig noch explorativer Natur seien, stimme das Ergebnis jedoch mit dem von drei früheren Experimenten überein (Hinterberger 2008), in denen eine erhöhte Hirnaktivität ebenfalls im Alphawellenbereich von 8-12 Hz jeweils nur bei befreundeten oder miteinander verwandten Partner dokumentiert werden könnte.

Die Wissenschaftler folgern abschließend aus ihrer Beobachtung: „Sollten zukünftige Untersuchungen diese Ergebnisse bestätigen, so könnten diese von großer wissenschaftlicher Bedeutung sein, da sie auf neurophysiologischer Grundlage Beweise für eine Verbindung – oder einer sozialen Interaktion – auf Distanz darstellen.“

© grenzwissenschaft-aktuell.de


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#18

RE: Das Gehirn:

in Biomagie - Die Vereinigung von Kraft & Form: 25.12.2016 02:00
von Adamon • Nexar | 14.589 Beiträge

http://www.grenzwissenschaft-aktuell.de/...ligion20161130/


Symbolbild: Religiöse Erfahrung (Illu.).
Copyright: grewi.de
Salt Lake City (USA) – Religiöse und spirituelle Erfahrungen aktivieren in unserem Gehirn das Belohnungszentrum auf ähnliche Weise wie Liebe, Sex, Spiel, Drogen oder Musik. Zu diesem Ergebnis kommen US-Forscher anhand von Hirnscans praktizierender gläubiger Mormonen.

Wie das Team um Michael Ferguson und Professor Jeffrey Anderson von der School of Medicine an der University of Utah aktuell im Fachjournal „Social Neuroscience“ (DOI: 10.1080/17470919.2016.1257437) berichtet, stehe man erst am Anfang eines Verständnisses darüber, wie unser Gehirn an Erfahrungen teilnimmt, die Gläubige als spirituell, göttlich oder transzendent bezeichnen: „In den vergangenen Jahren haben sich die technischen Möglichkeiten der Bildgebungsverfahren derart entwickelt, dass wir uns endlich Fragen widmen können, die wir uns vielleicht schon seit Jahrtausenden stellen“, so Anderson.

Von besonderem Interesse war für die Neurowissenschaftler die Frage, welche Netzwerke an der Erzeugung spiritueller Gefühle innerhalb religiöser Gruppen beteiligt sind und beispielsweise tiefgläubige Mormonen etwa dazu führen, „den (heiligen) Geist zu verspüren“ („feel the Spirit“). „Dieses Erlebnis von Frieden und der wirklichen Nähe und Einheit gemeinsam mit anderen und Gott, gehört zu den wichtigsten Elementen den mormonischen Lebens“, erläutert der Forscher weiter. „Mormonen treffen Entscheidungen auf der Grundlage dieser Empfindungen, betrachten diese als Bestätigung der Prinzipien ihrer Glaubenslehre und als wichtigstes Mittel zur Kommunikation mit dem Göttlichen.“

In ihrer Studie untersuchten die Forscher insgesamt 19 junge Erwachsene Kirchenmitglieder (7 Frauen und 12 Männer) mit Hilfe funktioneller Magnetresonanztomographie (fMRT), während diese darum bemüht waren, durch gemeinsames Gebet, Lesungen im „Buch Mormon“ und in der Bibel, und das Betrachten religiöser Filme, spirituelle Empfindungen zu erzeugen.


fMRT-Scan der Aktivitäten in einem Mormonenhirn während einer spirituellen Erfahrung.
Copyright: Jeffrey Anderson

Während der teilweise stark emotionalen entsprechenden Empfindungen zeigten die Hirnscans Aktivitäten unter anderem im „Nucleus accumbens“, dem sogenannten Belohnungszentrum des Gehirns. Zu vergleichen sind diese Aktivitäten mit der Hirnreaktion auf Liebe, Sex, Spiel, Drogen und Musik.

Interessanterweise stellte sich die gemessene – und in allen Versuchen reproduzierbare – Hauptaktivität in dieser Region bereits 1-3 Sekunden vor der mittels eines Schalters von den Probanden angezeigten Empfindungen ein. Damit einhergehend stellte sich auch ein schneller Herzschlag und tiefere Atmung bei den untersuchten Gläubigen ein.

Neben dem Belohnungszentrum zeigten sich auch im präfrontalen Cortex eine erhöhte Aktivität, der u.a. mit der Integration von Gedächtnisinhalten, emotionalen und moralischen Bewertungen im Zusammenhang steht. Zudem aktivierte das spirituelle Erlebnis Regionen, die mit konzentrierter Aufmerksamkeit assoziiert werden.

„Religiöse Erfahrungen stellen vielleicht den einflussreichsten Teil jener Hirnvorgänge dar, die uns Menschen Entscheidungen treffen lassen – sowohl im Guten als auch im Schlechten“, erläutert Anderson und führt abschließend weiter aus: „Bislang ist erst wenig über den neurowissenschaftlichen Aspekt westlicher spiritueller Praktiken bekannt. Zu wissen, was während dieser Empfindungen in unserem Gehirn geschieht, ist von großer Bedeutung. Bislang wissen wir allerdings noch nicht, ob Gläubige anderer Religionen auf die gleiche oder ähnliche Weise reagieren. Allerdings haben frühere Untersuchungen bereits gezeigt, dass etwa die Gehirne von Anhängern östlicher Religionen während ihrer meditativen Rituale auf diese anders reagieren.

GreWi-Kurzgefaßt
– US-Neurowissenschaftler haben Mormonen während spiritueller Erfahrungen mit Hilfe funktioneller Magnetresonanztomographie beobachtet.
– Die Scans der Hirnaktivität zeigen, dass dieser Erfahrungen das Belohnungszentrum im Hirn in ähnlicher Weise aktivieren wie Liebe, Sex, Spiel, Drogen oder Musik.

© grenzwissenschaft-aktuell.de


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#19

RE: Das Gehirn:

in Biomagie - Die Vereinigung von Kraft & Form: 01.05.2017 20:44
von Adamon • Nexar | 14.589 Beiträge

http://www.grenzwissenschaft-aktuell.de/...gehirn20170228/

Ursprung des Bewusstseins entdeckt?
Riesige Nervenzelle umgibt das gesamte Gehirn:


Digitale Rekonstruktion der neuentdeckten Hirn-Nervenzelle, die das gesamte Mäusehirn umschließt und verbindet.
Copyright: Allen Institute for Brain Science
Washington (USA) – Neurologen des Allen Institute for Brain Science haben erstmals eine riesige Nervenzelle entdeckt, die das gesamte Hirn von Mäusen umgibt und derart dicht über beide Hirnhälften vernetzt ist, dass sie den Ursprung des Bewusstsein erklären könnte.

Wie das Team um Christof Koch aktuell auf dem Jahrskongress der „Brain Research through Advancing Innovative Neurotechnologies“ berichtete, nutzten sie ein neues bildgebendes Verfahren und entdeckten dabei, dass die einer „Dornenkrone“ gleichende, ungewöhnlich große Nervenzelle einer der am meist verknüpften Hirnregionen entspringt. Die Forscher vermuten, dass die Nervenzelle Signalen aus jenen Hirnarealen koordiniert, um bewusste Gedanken zu erzeugen.

Die entdeckte Nervenzelle gehört zu insgesamt drei mit der neuen Methode erstmals entdeckten Neuronen, von der sich die Neurowissenschaftler auch zukünftig weitere Entdeckungen bislang unbekannter Hirnstrukturen erhoffen.

Wie Koch gegenüber „Nature.com“ berichtet, habe man noch nie zuvor Nervenzellen entdeckt, die sich derart vernetzt über beide Hirnhälften hinwegziehen.

Zugleich entsprängen die drei neuentdeckten Nervenzellen dem sogenannten Claustrum und damit der am intensivsten verknüpften Schicht grauer Gehirnzellen im Hirn, die im menschlichen Gehirn bislang mit der Entstehung unseres Bewusstseins assoziiert wurde.

Diese vergleichsweise kleine Hirnregion liegt unter dem Neokortex im Mittelpunkt des Gehirns verborgen und kommuniziert mit fast allen Regionen der Hirnrinde, um so zahlreiche hohe kognitive Funktionen wie Sprache, Vorausplanung und komplexe sensorische Aufgaben wie das Sehen und Hören zu koordinieren.

Schon 2005 bezeichnete der Mitentdecker der DNA, Sir Francis Crick, derart dicht verknüpfte Hirnregionen in einem gemeinsam mit Koch verfassten Fachartikel als „Dirigent des Bewusstseins“ und führte darin weiter aus, dass derartige Strukturen wahrscheinlich alle unsere äußeren und inneren Wahrnehmungen zu einer gemeinsamen Erfahrung zusammenführen – ähnlich dem besagten Dirigenten eines Orchesters.

Wie „ScienceAlert.com“ berichtet, wird diese Schlussfolgerung durch zahlreiche ungewöhnliche medizinische Fälle der vergangenen Jahre und sich daraus ergebender Beobachtungen gestützt:

So wurde 2014 eine Frau an der George Washington University wegen Epilepsie behandelt und dabei auch zahlreiche Hirnregionen mittels Elektroden untersucht. Als die Forscher dabei das beschriebene Claustrum stimulierten, stellten sie fest, dass sie das Bewusstsein der Patientin regelrecht ein- und ausschalten konnten.

– 2015 untersuchten Mediziner unabhängig davon die Auswirkungen von Schäden an besagtem Claustrum bei 171 Kriegsverletzten mit traumatischen Hirnverletzungen. Dabei zeigt sich, dass Schäden an dieser Hirnstruktur zu Bewusstseinseinschränkungen und -verlusten führten.

Während einige Forscher in den nun neu beschriebenen Hirnstrukturen Belege für die Vorstellung sehen, dass das Claustrum und die mit ihm in Verbindung stehenden Neuronen die Quelle, der Ursprung unseres Bewusstseins darstellen, zeigen sich andere noch vorsichtig und verweisen darauf, dass man von einem Beweis für diese Theorie noch weit entfernt sein.

Zudem wurde die große, das Hirn umgebende Nervenzelle, bislang erst am Mäusehirn – und noch nicht am Menschen nachgewiesen und die für April vorgesehene Fachpublikation der Entdeckung im „Journal of Comparative Neurology“ (DOI: 10.1002/cne.24047) steht bislang noch aus.

© grenzwissenschaft-aktuell.de


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#20

RE: Das Gehirn:

in Biomagie - Die Vereinigung von Kraft & Form: 28.10.2018 02:34
von Adamon • Nexar | 14.589 Beiträge

https://www.grenzwissenschaft-aktuell.de...etsinn20180803/

Auch der Mensch hat einen – wenn auch schwachen – Magnetsinn:


Die Abbildung veranschaulicht die unterschiedlichen Konzentrationen magnetischer Kristalle im menschlichen Gehirn. Die höchste Konzentration ist rot dargestellt.
Copyright: Stuart A. Gilder / LMU in: Scientific Reports 2018
München (Deutschland) – Erstmals haben Wissenschaftler die Verteilung magnetischer Kristalle im gesamten menschlichen Gehirn untersucht und festgestellt, dass auch wir Menschen über einen – wenn auch schwachen – Magnetsinn verfügen, wie er von anderen Tieren wie Zugvögeln bekannt ist und von diesen u.a. zur Navigation genutzt wird.

Wie das Team um Professor Stuart A. Gilder und Professor Christoph Schmitz an der Ludwig-Maximilians-Universität München aktuell im Fachjournal „Scientific Reports“ (DOI: 10.1038/s41598-018-29766-z) berichtet, zeigen ihre Untersuchungen, dass die magnetischen Kristalle im menschlichen Gehirn asymmetrisch zwischen der linken und rechten Gehirnhälfte verteilt und vor allem im Kleinhirn und Hirnstamm zu finden sind.

Für die Studie wurden sieben Gehirne verstorbener Personen, die für Forschungszwecke freigegeben waren. Insgesamt wurden 822 Proben analysiert. Die Messungen wurden unter der Leitung von Stuart Gilder mithilfe eines Magnetometers in einem Speziallabor vorgenommen, das weit außerhalb der Stadt liegt und somit frei von magnetischen Störungen ist.

„Das menschliche Gehirn nutzt Asymmetrien für die räumliche Orientierung, beispielsweise auch beim Hören“, erläutert Schmitz. Die asymmetrische Verteilung der magnetischen Kristalle scheine daher dafür zu sprechen, dass der Mensch über einen potenziellen magnetischen Sensor verfügt. „Doch aller Wahrscheinlichkeit nach ist dieser Sensor viel zu schwach, um eine relevante biologische Funktion zu haben.“

Welcher Art die magnetischen Kristalle sind, ist noch nicht klar: „Wir nehmen an, dass es sich um Magnetite handelt, können das zum derzeitigen Zeitpunkt aber noch nicht sicher sagen“, sagt Gilder.

In weiteren Untersuchungen wollen die LMU-Forscher nun unter anderem die Eigenschaften der magnetischen Partikel untersuchen. Zudem werden sie in Zusammenarbeit mit Patrick R. Hof, Professor am Fishberg Department of Neuroscience an der Icahn School of Medicine at Mount Sinai in New York, das Studiendesign auf weit größere Lebewesen übertragen: Wale.

Die riesigen Säugetiere orientieren sich im Ozean zielgerichtet über sehr lange Strecken. „Wir werden untersuchen, ob wir auch in Gehirnen von Walen magnetische Partikel nachweisen können und ob diese ebenso asymmetrisch verteilt sind“, sagt Christoph Schmitz abschließend.

© grenzwissenschaft-aktuell.de


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#21

RE: Das Gehirn:

in Biomagie - Die Vereinigung von Kraft & Form: 28.10.2018 05:59
von Adamon • Nexar | 14.589 Beiträge

https://www.grenzwissenschaft-aktuell.de...rsonen20181001/

Hirn-zu-Hirn-Interface: Neurowissenschaftler erstellen erstmals
„soziales Netzwerk“ zwischen den Gehirnen dreier Personen:


Schematische Darstellung des BrainNet.
Copyright: Rao, Stocco et al., via ArXiv.org 2018
Seattle (USA) – Nachdem ihnen schon 2013 erstmals gelungen war, zwei Hirne miteinander zu verbinden, berichten US-Neurowissenschaftler nun von einem weiteren Meilenstein in dem Bestreben, die Gehirne von Menschen unmittelbar und non-inversiv miteinander zu verknüpfen und haben erfolgreich das erste Netzwerk aus drei miteinander verbundenen Gehirnen erstellt.

Während zuvor Wissenschaftler der Duke University die Hirn-zu-Hirn-Kommunikation zwischen zwei Ratten (…GreWi berichtete) und Harvard-Forscher eine solche Verbindung zwischen Mensch und Ratte demonstrieren konnten, war es Rajesh Rao und Andrea Stocco von der University of Washington 2013 erstmals gelungen, eine non-invasive Verbindung zweier menschlicher Gehirne, ein sogenanntes Hirn-zu-Hirn-Interface, herzustellen und damit die Bewegungen des einen Forschers durch die Hirnsignale eines Kollegen zu steuern (…Grewi berichtete, siehe Video f.).

In ihrem auf Video aufgezeichneten Experiment spielte Rao in einem Laborzimmer rein gedanklich ein Computerspiel – stellte sich dabei also lediglich vor, im richtigen Moment eine Taste zu drücken, mit der für gewöhnlich in dem Spiel eine Kanone abgefeuert wird. Stocco, der abgeschirmt in einem anderen Zimmer an einer Computertastatur saß, bewegte in nahezu eben diesem Moment ebenfalls seinen Zeigefinger und bediente somit besagte Abschuss-Taste – ohne dies jedoch aus eigenem Antrieb heraus beabsichtigt zu haben. Verbunden waren die beiden Forscher bei diesem Versuch nur über die non-invasiven Elektroden- und Sondenmützen.



Das jetzt von den Forschern vorab via ArXiv.org beschriebene „BrainNet“ basiert grundsätzlich auf den gleichen Prinzip: Mittels einer non-inversiven Elektroenzephalografie-Sondenhaube (EEG) wird die Hirnaktivität einer Person ermittelt und die Daten dann mittels transkranieller Magnetstimulation ebenfalls via Sondenhaube auf bzw. in das Gehirn einer anderen Person übertragen, wo sie entsprechende Reaktionen (siehe Video) auslösen. Jetzt allerdings erweiterten die Forscher die bisherige Hirn-zu-Hirn-Kommunikation zu einem Netzwerk, an bzw. in dem auch weitere Personen beteiligt sein können.

Auf diese Weise gelang es den Wissenschaftlern nun, eine auf diese Weise miteinander verbundene kleine Gruppe aus bislang drei Personen gemeinsam eine vereinfachte Variante des bekannten Computerspiels Tetris zu spielen. Die Anzahl an Teilnehmern könne aber beliebig erweitert werden – man brauche dazu lediglich genügend EEG- und TMS-Instrumente.

In den Experimenten gab es zwei „Ab-Sender“ (EEG) und eine Empfänger-Person (TMS) in jeweils voneinander getrennten Räumen, die jedoch gemeinsam ein Computerspiel spielen sollten, bei dem – ganz nach dem bekannten Tetris-Prinzip – fallende geometrische Blöcke jeweils richtig rotiert und passend aufeinander gestapelt werden müssen, bevor sie am Boden des Bildschirms ankommen (s. Abb.f.).

Während die beiden „Ab-Sender“ den gesamten Bildschirm sehen konnten, waren sie in der Lage, durch das Betrachten einer mit einer 15 Hz-Frequenz aufblinkende LED-Lampe und die dadurch erzeugten Hirnsignale das Signal zu senden, entweder den fallenden Block um 180 Grad zu rotieren oder durch das Blicken auf eine mit 17 Hz-aufblinkende LED-Lampe das Signal zum Beibehalt der Ausrichtung des fallenden Blocks zu übermitteln.

Der Empfänger hingegen hatte eine andere Aufgabe: Er konnte nur die obere Hälfte des Spielbildschirms sehen – wusste also nicht, ob der Block rotiert werden musste oder nicht, um in die Lücke am Boden des Bildschirms zu passen (s. Abb.f.). Mittel der TMS-Haube erhielt der Empfänger nun aber die Signale der beiden Sender, anhand derer er den Block „rotieren“ oder „nicht rotieren“ sollte. Die Signale selbst bestanden dabei lediglich aus einem einzelnen Phosphen, also einem (Licht-)Reiz auf das Auge, den Sehnerv oder den visuellen Cortex, der im Gehirn erzeugt wird, für den Fall, dass der Block rotiert werden sollte. Das Ausbleiben dieses Reizes zeigte an, dass der Block nicht zu rotieren ist. Die Datenübertragungsrate lag also mit einem Bit pro gewünschter Interaktion sehr niedrig. Nachdem der „Empfänger“ die Signale der beiden „Ab-Sender“ erhalten hatte, sollte er die angezeigte Aktion ausführen.

Da die Sender aber auch den Boden des Bildschirm (und somit also auch das Ziel einer jeden Spielrunde) sehen konnten, konnten sie auch überprüfen, ob der Empfänger ihre Vorgabe richtig oder falsch verstanden bzw. umgesetzt hatte und konnten, so notwendig, mit einer erneuten Übertragung nochmals korrigierend eingreifen.


Bildschirmbeispiele dessen, was Empfänger (links) und Ab-Sender (rechts) im Laufe zweier Spielrunden sehen: Die erste Reihe zeigt den Bildschirm zu Beginn des Spiels. Beachten Sie, dass der Empfänger den Boden – und damit die Lücke – nicht sieht. Er muss sich also auf die Signale der Ab-Sender verlassen um den Block entweder zu drehen oder zu belassen, um ihn in Tetris-Manier passend in der Bodenlücke zu platzieren und so die unterste Reihe zu löschen. Die mittlere Reihe zeigt die Bildschirmansichten während der Entscheidungsphase, die in diesem Fall eine Rotation des Blocks verlangt. Die unteren beiden Bilder zeigen das Spiel nach der zweiten Runde, nach dem alle Teilnehmer dann das Ergebnis der Aktion des Empfängers sehen können. In diesem Fall hat der Empfänger eine korrigierende Aktion ausgeführt und den Block nochmals rotiert, um so die Lücke korrekt zu füllen.
Copyright: Rao, Stocco et al., via ArXiv.org 2018

„Unsere Ergebnisse zeigen, dass zukünftig Hirn-zu-Hirn-Interfaces möglich sein werden, mit denen mittels miteinander verbundener Gehirne mehrere Individuen zu gemeinschaftlichen Problemlösungen beitragen können.“ Die Forscher zeigen sich zugleich auch zuversichtlich, dass zukünftig auch wesentlich komplexere Hirn-zu-Hirn-Netzwerke möglich sein werden. So gebe es beispielsweise keinen Grund, warum das Experiment nicht auch über größere Entfernungen und sogar via Internet „gespielt“ werden könne:

„Ein Cloud-basierter Hirn-zu-Hirn-Interface-Server könnte beispielsweise direkt Informationsübertragungen mittels der hierzu notwendigen Instrumente ermöglichen und so Cloud-basierte Interaktionen zwischen Gehirnen auf globaler Ebene ermöglichen“, so Stocco und Kollegen und führen dazu abschließend weiter aus: „Die weitere Verfolgung der Idee von Hirn-zu-Hirn-Interfaces hat nicht nur das Potential, neue Grenzen der zwischenmenschlichen Kommunikation und Zusammenarbeit zu öffnen, sie ermöglicht uns auch neue und tiefere Erkenntnisse über das menschliche Gehirn.“

© grenzwissenschaft-aktuell.de


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zuletzt bearbeitet 20.03.2019 07:57 | nach oben springen
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#23

RE: Das Gehirn:

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#24

RE: Das Gehirn:

in Biomagie - Die Vereinigung von Kraft & Form: 12.02.2020 21:46
von Adamon • Nexar | 14.589 Beiträge

https://www.grenzwissenschaft-aktuell.de...-macht20200109/

Neurologen entdecken einzigartige Hirnaktivität, die uns vielleicht menschlich macht:


Archivbild: Grafische Darstellung des Aufbaus einer Neuronalen Zelle (Illu.)
Copyright: Public Domain
Berlin (Deutschland) – Neurologen haben einzigartige elektrische Aktivität entdeckt, die in Zellen in den äußersten Schichten des menschlichen Gehirns erzeugt wird und diesem zusätzliche Rechenleistung verleihen könnte. Bislang wurde das Signal zudem nur beim Menschen beobachtet. Macht und dieses Signal menschlich?

Wie das Team um Albert Gidon und Matthew Larkum von Institut für Biologie der Humboldt-Universität zu Berlin aktuell im Fachjournal „Science“ (DOI: 10.1126/science.aax6239) berichtet, haben sie eine neue Variante von Aktivitätssignalen entdeckt, die von mit Hilfe der sogenannten Dendriten im menschliche Gehirn erzeugt werden.

Hintergrund
Am Ende einer jeden Gehirnzelle, der sogenannten Neuronen, senden und empfangen baumartige Anhänge, sogenannte Dendriten, elektrochemische Signale, die eine wichtige Rolle bei der Zusammenstellung von Informationen durch das Gehirn spielen, um die nächsten Handlungen zu bestimmen. Die Dendriten geben Informationen durch elektrische Aktivitätsschübe an den Rest der Neuronen weiter. Abhängig davon, wie nun das Gehirn „verdrahtet“ ist, kann jeder Dendrit Hunderttausende von Signalen von anderen Neuronen entlang seiner Länge empfangen. Während Wissenschaftler glauben, dass diese elektrischen Spitzen das Gehirn sozusagen verkabeln und Fähigkeiten wie Lernen und Gedächtnis zugrunde liegen, ist die genaue Rolle der Dendriten in der menschlichen Wahrnehmung noch immer unbekannt.

Neurologisch gesehen sei die Physiologie, die das menschliche Gehirn so besonders und fähig macht, nach wie vor erst wenig verstanden, erläutern die Autoren um Larkum. Eine mögliche Erklärung könnte in der Dicke der kortikalen Schichten des menschlichen Gehirns liegen, insbesondere der Schichten 2 und 3, die im Vergleich zu anderen Spezies eine unverhältnismäßig große Menge an Hirnsubstanz enthalten, sowie in zahlreichen Neuronen mit großen und ausgefeilten dendritischen Bäumen.

Die nun entdeckte unerwartet komplexe elektrische Aktivität in den Dendriten menschlicher Pyramiden-Neuronen, scheinen es den Zellen zu ermöglichen, Berechnungen durchzuführen, die zu komplex waren, als dass von einzelnen Neuronen hätten bewältigt werden können. Auf diese Weise könnten sie also Verarbeitungsleistung des menschlichen Gehirns auf einzigartige Weise steigern und es uns so ermöglichen, komplizierte Probleme zu verstehen und zu lösen, vermuten die Wissenschaftler.

Darüber hinaus stellen die Autoren der Studie fest, dass die neu entdeckten Signale bislang in keinem der entsprechen untersuchten tierischen Gewebe beobachtet werden konnten und stellen deshalb auch die Frage, ob vielleicht dieses Signal in einzigartiger Weise zur menschlichen Intelligenz beigetragen hat.

Während sich die meisten bisherigen Dendritenstudien auf die Untersuchung von Nagetiergewebe konzentrierten, die zwar grundlegende Eigenschaften mit menschlichen Gehirnzellen teilen, aber deutlich kürzer sind als diese und anhand derer sich entsprechende Signale auch nicht fanden, haben sich die Berliner Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler auf die elektrischen Eigenschaften menschlicher Neuronen und ihrer Dendriten konzentriert und erforscht, was die längeren Dendriten im Menschenhirn von jenen in tierischen Gehirnen unterscheidet.


Archivbild: Ansicht eines Segments pyramidaler Zelldenriten (Illu.).
Copyright: Dr. Kristen M. Harris (via WikimediaCommons) / CC BY-SA 2.0

Die mittels aufwendiger Untersuchungen und Computermodellen entdeckten und ausgewerteten Aktivitätssignale und damit einhergehende -spitzen zeichnen nun das Bild von der Eigenschaften der Dendriten Informationen an jedem Punkt ihrer Länge verarbeiten und so als ein einheitliches Netzwerk arbeiten zu können, um so zu entscheiden, welche Informationen mitgeschickt, welche verworfen und welche allein verarbeitet werden sollen.

Statt Informationen also lediglich zusammenzuzählen, verarbeiten die Dendriten diese offenbar und erhöhen dadurch die „Rechenleistung“ des menschlichen Gehirns enorm, da die Neuronen so offenbar Funktionen übernehmen, die man bislang als die Arbeit ganzer und vielschichtiger neuronaler Netzwerke im Hirn hielt.

Während die beschriebenen Beobachtungen bislang nur anhand des menschlichen Gehirns entdeck wurden, sei es aber noch zu früh, um sie mit Sicherheit bei anderen Arten ausschließen zu können, geben Larkum und Kollegen zu bedenken: „Über diese Dendriten bei anderen Arten ist fast nichts bekannt, und es bleibt abzuwarten, ob diese besondere dendritische Aktivität beim Menschen tatsächlich einzigartig komplex oder bei Nagetieren lediglich einzigartig einfach ist oder etwas in der Mitte von beidem. Uns fehlen die Informationen darüber, wie sie funktionieren, wenn das gesamte Gehirn aktiv ist. Auch das könnte uns bei der Beantwortung dieser Frage helfen.“

Quelle: American Association for the Advancement of Science

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Neuromedizinern gelingt Herstellung von Gewebe mit Funktionen
des menschlichen Gehirns aus Stammzellen:


Ein Exemplar eines “Bioengineered Neuronal Organoids” (BENOs); die Ausbildung der neuronalen Netzwerkstruktur wird durch Färbung von neuronalen Markerproteinen (Microtubule-associated protein 2; blau) und Neurofilament (grün) sowie Gliazellen (Glial fibrillary acidic protein; rot) dargestellt. Maßstab (siehe Balken): 0,5 mm.
Copyright/Quelle: Zafeiriou et al. (2020). Nat Commun, 11, 3791.

Göttingen (Deutschland) – Neurowissenschaftlern ist es erstmals gelungen, aus menschlichen Stammzellen neurale Netzwerke mit Funktionen des menschlichen Gehirns herzustellen, die für die Entwicklung von Lernen und Gedächtnisfunktionen wichtig sind.

Wie das Team um Dr. Maria-Patapia Zafeiriou vom Institut für Pharmakologie und Toxikologie der Universitätsmedizin Göttingen, gemeinsam mit Kollegen und Kolleginnen des Exzellenzclusters “Multiscale Bioimaging” (MBExC) sowie des Deutschen Zentrums für Neurodegenerative Erkrankungen (DZNE) aktuell im Fachjournal „Nature Communications“ (DOI: 10.1038/s41467-020-17521-w) berichtet, zeigen die als „Bioengineered Neuronal Organoids“ (BENOs) bezeichneten Gewebe morphologische Eigenschaften des menschlichen Gehirns und entwickeln zudem Funktionen, die für die Entwicklung von Lernen und Gedächtnisfunktionen bedeutend sind.

Wie die Pressemitteilung der Universität Göttungen erläutert, ist das Gehirn eines der komplexesten Organe des menschlichen Körpers: „Für höhere Gehirnfunktionen müssen aktivierende und inaktivierende Nervenzellen in direkter Nachbarschaft zu sogenannten Gliazellen eng und zugleich dynamisch verschaltet sein. Veränderungen in der neuronalen Verschaltung im Gehirn werden mit Veränderungen von Lern- und Gedächtnisfunktionen in Verbindung gebracht. Störungen der neuronalen Verschaltungsfähigkeit gelten als mögliche Ursache für die klinische Symptome neurodegenerativer Erkrankungen.“

Vorbild Gehirn
Grundlage des Gewebes sind demnach menschliche, sog. induzierte pluripotente Stammzellen. Die hergestellten BENOs eignen sich zunächst zur Erforschung des Verlusts der Lernfähigkeit und des Gedächtnisses bei neurodegenerativen Erkrankungen. Die erzeugten BENOs weisen zusätzlich Funktionen auf, wie sie für die Ausbildung von Lernen und Gedächtnis von zentraler Bedeutung sind.

„Obgleich wir natürlich weit davon entfernt sind, das menschliche Gehirn in allen seinen Funktionen nachzubilden, sind wir von der Beobachtung zellulärer Prozesse, die für Lernen und Gedächtnisausbildung notwendig sind, in den BENOs fasziniert”, erläutert Dr. Zafeiriou,

Vergrößerung der neuronalen Netzwerkstruktur in einem BENO. Neuronale Axone sind nach Färbung des Neurofilament Proteins in Grün, aktvierende glutamaterger Neurone in Rot und Zellkerne in Blau dargestellt.
Copyright/Quelle: Zafeiriou et al. (2020). Nat Commun, 11, 3791.

Die nun aufgezeigten ersten Hinweise auf komplexe, physiologische Funktionen in den gezüchteten neuronalen Netzwerken machen den Forschende Hoffnung, künftig degenerative Erkrankungen des zentralen Nervensystems im Labor simulieren zu können. Aufbauend auf dem zu erwartenden Erkenntnisgewinn wollen sie künftig innovative Therapieverfahren für Erkrankungen wie Parkinson, Epilepise, Schlaganfall und Demenz entwickeln.

BENOs in den ersten Anwendungen
Wie das Team weiterhin berichtet, finden sich bereits erste Anwendungen der entwickelten BENOs in der Simulation von Erkrankungen des zentralen Nervensystems, wie beispielsweise von Epilepsie Syndromen oder auch in der Testung von Arzneistoffen: „Von besonderer Bedeutung ist zudem, dass sich BENOs durch die breite Verfügbarkeit von induzierten pluripotenten Stammzellen aus prinzipiell jedem Menschen, mit oder ohne Erkrankung, herstellen lassen“. Dadurch öffne sich nicht nur die Tür für eine Entwicklung und präklinische Testung individualisierter Verfahren direkt am menschlichen Modell; auch das Züchten von Ersatzgewebe für die Behandlung von Patienten mit neurodegenerativen Erkrankungen werde prinzipiell möglich, fügt der Seniorautor der Studie, Prof. Dr. Hubertus Zimmermann, Direktor des Instituts für Pharmakologie und Toxikologie der UMG sowie Projektleiter im Göttinger Exzellencluster “Multiscale Bioimaging” hinzu.

Da das gesunde und erkrankte menschliche Gehirn bisher noch unvollständig verstanden ist, seien die therapeutischen Möglichkeiten gerade bei degenerativen Erkrankungen des zentralen Nervensystems sehr eingeschränkt. Menschliche neuronale Netzwerke, im Sinne von „Mini-Gehirnen” mit einer zellulären Zusammensatzung und Funktion in Anlehnung an das menschliche Gehirn, eröffnen hier vielversprechende Möglichkeiten: „Neben den Untersuchungen von Fragen zur normalen und fehlerhaften Entwicklung des menschlichen Gehirns gehört dazu auch die Testung neuartiger Therapieverfahren.“

Quelle: Universitätsmedizin Göttingen – Georg-August-Universität
© grenzwissenschaft-aktuell.de


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