Wie das Gehirn lernt und verlernt

Optical Imaging zeigt Gehirn-
aktivierung mit Bewegungsreizen
unterschiedlicher Orientierung
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Eine vom Houstoner Elektrotechniker Valery Kalatsky entwickelte Software spielt ein spezielles optisches Reizmuster ab, während die Aktivität der Hirnnervenzellen im visuellen Cortex aufgezeichnet wird. Die kontinuierliche Aufzeichnung ist erst dank der Rechenkapazität aktueller Hochleistungsrechner möglich. "Es entsteht so ein Film der Änderungen neuronaler Aktivierung während eines Lernprozesses", erklärt der Bochumer Neuroinformatiker Hubert Dinse.

Die Aktivität von Hirnnervenzellen lässt sich durch Optical Imaging beobachten. Das Verfahren basiert darauf, dass Hirnnervenzellen, die aktiv sind, mehr Sauerstoff benötigen als inaktive, weswegen bei vermehrter Aktivität mehr sauerstoffreiches Blut in den betreffenden Hirnbereich strömt. Mit Sauerstoff beladene Blutzellen absorbieren Licht einer bestimmten Wellenlänge stärker als sauerstoffarmes Blut. Mittels einer speziellen CCD-Kamera lassen sich diese Lichtverhältnisse aufzeichnen. Es entsteht eine "Karte" der Aktivität im beobachteten Hirnareal. Bislang gelangen allerdings nur Momentaufnahmen. Jetzt sind dank leistungsstarker Computer mehrstündige kontinuierliche Aufzeichnungen der Hirnaktivität während eines Versuchs machbar.

Neu ist auch die Art der Stimulation: Bei bisherigen Experimenten musste der optische Reiz – zum Beispiel ein Lichtgitter oder -balken - hunderte von Malen dargeboten werden, wobei jeweils zwischen jeder Reizdarbietung längere Pausen nötig waren. Das neue Imaging-System, das Kalatsky entwickelt hat, erlaubt nun eine pausenlose Aufzeichnung der Hirnaktivität.

"Die dabei entstehende Datenflut lässt sich nur mit Hochleistungsrechnern überhaupt handhaben", erklärt Dr. Dinse. "Was wir dann sehen, ist nicht mehr wie bisher ein Vorher-Nachher-Bild, sondern ein regelrechter Film von Lernprozessen im Gehirn von ein paar Stunden Länge." Die Forscher erhoffen sich durch ihre Untersuchungen, Antworten auf die weltweit untersuchte Frage, welche Gesetzmäßigkeiten hinter der Veränderung von Hirnkarten während Lernen stehen. Auch die Dauer und Stabilität von Lernerfolgen werden sie untersuchen.

MEDICA.de; Quelle: Ruhr-Universität Bochum