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Obwohl die neurowissenschaftliche Forschung im letzten Jahrzehnt einen Aufschwung erlebt hat, erwies sich 2022 als ein außergewöhnliches Jahr mit einigen der größten neurowissenschaftlichen Durchbrüche der letzten Jahre. Hier sind sieben Entdeckungen, die das Potenzial der Neurowissenschaften aufzeigen, unser Leben und sogar unser Verständnis von Leben selbst zu verändern.
Diese herzschlagähnlichen EEG-Signale sind der erste indirekte Beweis dafür, dass das menschliche Gehirn Quantencomputer nutzt. Die EEG-evozierten Potenziale wurden mithilfe einer speziellen MRT-Technik erfasst, die darauf ausgelegt ist, verschränkte Spins im menschlichen Gehirn nachzuweisen.
Sie lassen sich derzeit nur als quantenverschränkte Kernprotonenspins im Gehirn erklären. Der leitende Physiker der Entdeckung fasste zusammen:
"Wir sind ein Adaped auf Idea, develoded for experimets to prote the exisetce o uanatum gravity, wareby you take kun uanatum systems, wachich 𝙞𝙣𝙩𝙚𝙧𝙖𝙘𝙩 𝙬𝙞𝙩𝙝 𝙖𝙣 𝙪𝙣𝙠𝙣𝙤𝙬𝙣 𝙨𝙮𝙨𝙩𝙚𝙢. 𝙄𝙛 𝙩𝙝𝙚 𝙠𝙣𝙤𝙬𝙣 𝙨𝙮𝙨𝙩𝙚𝙢𝙨 𝙚𝙣𝙩𝙖𝙣𝙜𝙡𝙚, 𝙩𝙝𝙚𝙣 𝙩𝙝𝙚 𝙪𝙣𝙠𝙣𝙤𝙬𝙣 𝙢𝙪𝙨𝙩 𝙗𝙚 𝙖 𝙦𝙪𝙖𝙣𝙩𝙪𝙢 𝙨𝙮𝙨𝙩𝙚𝙢, 𝙩𝙤𝙤''
In diesem Fall war das bekannte System das Hirnwasser (Hirnflüssigkeit), und das unbekannte System war das Gehirn.
Darüber hinaus korrelierten die Verschränkungsgrade mit der Kurzzeitgedächtnisleistung und dem Bewusstsein, sodass sie wahrscheinlich einen wichtigen Teil unserer höheren kognitiven Funktionen ausmachen.
Quantenprozesse sind in der nicht-menschlichen Biologie gut belegt. Ohne den Quantentunneleffekt beispielsweise wären Photosynthese und damit der größte Teil des Lebens auf der Erde möglicherweise nicht entstanden.
Diese Studie ist auch nicht der erste Beweis für die Quantenbiologie des Menschen.
Kryptochrome In Vogelaugen vorkommende
Die Ergebnisse dieser Studie könnten den Beginn eines Paradigmenwechsels in den Neurowissenschaften markieren und wichtige Wege zur Weiterentwicklung von maschinengestütztem Quantencomputing und künstlicher allgemeiner Intelligenz aufzeigen.
Studie: Experimentelle Hinweise auf nicht-klassische Hirnfunktionen, Christian Matthias Kerskens und David López Pérez.
Zum ersten Mal in der Geschichte könnten Tiere durch integrative Gehirntransplantationen einige Aspekte menschlicher Intelligenz erwerben.
Organoide (oder Assembloide) sind funktionsfähige Ansammlungen von Neuronen, die in vitro, meist aus Hautstammzellen, gezüchtet werden. Diese relativ komplexen, lebenden Gehirnstrukturen, die tierischen oder menschlichen Ursprungs sein können, dienen der Erforschung neuronaler Mechanismen im Labor, außerhalb des eigentlichen Gehirns.
Ihr Forschungswert ist jedoch aufgrund ihrer begrenzten Größe und Komplexität stark eingeschränkt. Um dieses Problem zu lösen, wurde in Nature ein neuer Ansatz veröffentlicht, bei dem menschliche Cortex-Organoide in lebende Rattenhirne transplantiert wurden (siehe Abbildung oben).
Sechs Monate nach der Integration erreichten die menschlichen Neuronen einen neuen Reifegrad und wuchsen sechsmal so groß wie in vitro möglich. Ihre Aktivität ahmte einige der komplexeren Verhaltensweisen, die im menschlichen Gehirn beobachtet wurden, besser nach.
In einem Folgeexperiment aktivierten die Forscher gezielt die genetisch veränderten menschlichen Neuronen mittels Optogenetikund konnten so erfolgreich beeinflussen, wie oft die Ratten nach einer Belohnung suchten.
So faszinierend dieses neue Gebiet der biologischen Forschung auch sein mag, und sogar die Biologie selbst, birgt es möglicherweise ethische Komplikationen, die sogar die Klassifizierung eines solchen Hybridorganismus betreffen.
Studie: Reifung und Schaltkreisintegration transplantierter humaner kortikaler Organoide, Omer Revah et al.
Dieses Video ist mehr als es auf den ersten Blick scheint – es handelt sich tatsächlich um die erste erfolgreiche Hybridisierung von biologischen Neuronen und Siliziumchips, die lernen, ein simuliertes Spiel zu spielen.
Wie wir gerade gesehen haben, gehören Organoide derzeit zu den sich am schnellsten entwickelnden Forschungsgebieten. Diese Forschung schlägt einen anderen, aber ebenso faszinierenden Weg ein, indem sie eine Mischung aus menschlichen und Nagetier-Organoiden mit Computerchips kombiniert.
Das als „synthetische biologische Intelligenz“ (SBI) bezeichnete Ziel ist die synergistische Verschmelzung dieser einst divergierenden Intelligenzformen.
Insbesondere versuchten die Forscher, die in Organoiden vorhandene Komplexität dritter Ordnung, die in der traditionellen Informatik bisher nicht erreichbar war, in die neuronale Kultur zu übertragen. Darüber hinaus sollte die formale Definition von Empfindungsfähigkeit in neuronalen Kulturen erreicht und sensorisches Feedback-Lernen effektiv demonstriert werden.
In dieser Studie wurden die in vitro kultivierten Organoide über ein hochdichtes Multielektroden-Array mit computergestützten Berechnungen integriert. Mithilfe eines geschlossenen Regelkreises und strukturierter Rückkopplung durch elektrophysiologische Stimulation wurde das Experiment „BrainDish“ in eine Simulation des bekannten Computerspiels Pong eingebettet.
Die Fähigkeit von Neuronenverbänden, adaptiv auf äußere Reize zu reagieren, ist die Grundlage allen tierischen Lernens. Obwohl dieses erste Experiment eine sehr einfache Simulation darstellt, hat es intelligentes und empfindungsfähiges Verhalten in einer simulierten Spielwelt durch zielgerichtetes Handeln demonstriert.
Dieser Ansatz bietet einen vielversprechenden neuen Forschungsweg, um Theorien, die erklären, wie das Gehirn mit der Welt interagiert, zu stützen oder in Frage zu stellen und um Intelligenz im Allgemeinen zu erforschen.
Studie: In vitro Neuronen lernen und zeigen Empfindungsfähigkeit, wenn sie in eine simulierte Spielwelt eingebettet werden, Brett J. Kagan et al.
Forscher haben 2022 eine potenziell bahnbrechende Entdeckung für die menschliche Gesundheit gemacht. Muskeln stellen die größte fettfreie Masse unseres Körpers dar, verbrennen aber im Ruhezustand, bezogen auf den gesamten oxidativen Stoffwechsel, nur 15 % der Glukose. Dies steht im Zusammenhang mit den Gesundheitsrisiken von zu langem Sitzen.
Der Soleus ist ein kleiner Wadenmuskel von nur einem Kilogramm Gewicht, der jedoch über einen bisher unbekannten, speziellen Mechanismus verfügt. Eine neue Studie der Universität Houston zeigte, dass bei gezielter Aktivierung dieses Muskels der Glukosestoffwechsel im gesamten Körper um 30–45 % gesteigert wird. Dies geschieht bei vernachlässigbarem Energieaufwand für die eigentliche Kontraktion des Soleus.
Die Übung besteht aus einem einfachen, wiederholten Anheben der Ferse, während der Fußballen auf dem Boden bleibt. Sie kann im Sitzen auf dem Boden oder auf einem Stuhl ausgeführt werden. Sie wird auch als „Soleus-Liegestütze“ bezeichnet und aktiviert eine bisher unbekannte Muskelgruppe.
Interessanterweise wird diese Art der Kontraktion des Musculus soleus beim Gehen oder Laufen deaktiviert. Dementsprechend wurde der Energieverbrauch der Beinmuskulatur auch auf einem Laufband getestet.
Bemerkenswerterweise verbrauchte die Liegestütze für den Musculus soleus mehr als doppelt so viel Sauerstoff wie Laufen und zehnmal so viel wie Gehen. Diese Effekte wurden bei Erwachsenen im Alter von 22 bis 82 Jahren beobachtet.
Die zentrale Erkenntnis ist, dass die systemische Stoffwechselregulation durch die Aktivierung eines kleinen Wadenmuskels deutlich verbessert werden kann. Diese Forschungsergebnisse zeigen eine allgemein zugängliche und praktische Methode auf, den erheblichen Gesundheitsrisiken von langem Sitzen entgegenzuwirken, auch für Menschen, die regelmäßig Sport treiben.
Studie: Eine wirksame physiologische Methode zur Steigerung und Aufrechterhaltung des oxidativen Stoffwechsels des Musculus soleus verbessert die Glukose- und Lipidregulation, Marc T. Hamilton et al.
Eine zufällige Neuentdeckung, die in Nature veröffentlicht wurde, enthüllte ein wichtiges neues Merkmal der Neuroplastizität im Gehirn erwachsener Säugetiere.
Ein Team von Neurowissenschaftlern des MTI untersuchte Mäusehirne, um zu zeigen, wie Neuronendendriten synaptische Eingänge je nach ihrer Lage unterschiedlich verarbeiten. Da dies hochauflösende Techniken erfordert, entdeckten sie zufällig eine Vielzahl mikroskopisch stummer Synapsen, sogenannter Filopodien, an den Dendritenspitzen.
Der leitende Forscher kommentierte:
“𝙏𝙝𝙚 𝙛𝙞𝙧𝙨𝙩 𝙩𝙝𝙞𝙣𝙜 𝙬𝙚 𝙨𝙖𝙬, 𝙬𝙝𝙞𝙘𝙝 𝙬𝙖𝙨 𝙨𝙪𝙥𝙚𝙧 𝙗𝙞𝙯𝙖𝙧𝙧𝙚 𝙖𝙣𝙙 𝙬𝙚 𝙙𝙞𝙙𝙣'𝙩 𝙚𝙭𝙥𝙚𝙘𝙩, 𝙬𝙖𝙨 𝙩𝙝𝙖𝙩 𝙩𝙝𝙚𝙧𝙚 𝙬𝙚𝙧𝙚 𝙛𝙞𝙡𝙤𝙥𝙤𝙙𝙞𝙖 𝙚𝙫𝙚𝙧𝙮𝙬𝙝𝙚𝙧𝙚.”
Synapsen sind die neuronalen Mechanismen, die es dem Gehirn ermöglichen, sich flexibel in nahezu unendlich vielen Konfigurationen zu vernetzen. Bereits funktionsfähige Synapsen benötigen jedoch eine hohe Reizschwelle, um sich zu entkoppeln und neu zu vernetzen.
Stumme Synapsen besitzen eine sehr niedrige Reizschwelle und sind im Prinzip bereit, sich mit anderen Neuronen zu verbinden. Früher ging man davon aus, dass Filopodien nur in sehr jungen Gehirnen vorkommen. Dies warf viele Fragen zu den Mechanismen auf, die es erwachsenen Gehirnen ermöglichen, weiterhin ein hohes Maß an Neuroplastizität zu zeigen.
sind der Hebbschen Plastizität, bei der ein Neuron die synaptische Plastizität eines anderen direkt beeinflussen kann.
Die Erkenntnis bietet ein neues Verständnis dafür, wie funktionelle Konnektivität durch diesen neuen Mechanismus gesteuert werden kann, was eine flexible Kontrolle der synaptischen Verschaltung ermöglicht und somit die Lernfähigkeit des reifen Gehirns erweitert.
Es bietet außerdem eine Erklärung dafür, wie neue Erinnerungen gebildet werden können.
“𝙏𝙝𝙚𝙨𝙚 𝙨𝙞𝙡𝙚𝙣𝙩 𝙨𝙮𝙣𝙖𝙥𝙨𝙚𝙨 𝙖𝙧𝙚 𝙡𝙤𝙤𝙠𝙞𝙣𝙜 𝙛𝙤𝙧 𝙣𝙚𝙬 𝙘𝙤𝙣𝙣𝙚𝙘𝙩𝙞𝙤𝙣𝙨, 𝙖𝙣𝙙 𝙬𝙝𝙚𝙣 𝙞𝙢𝙥𝙤𝙧𝙩𝙖𝙣𝙩 𝙣𝙚𝙬 𝙞𝙣𝙛𝙤𝙧𝙢𝙖𝙩𝙞𝙤𝙣 𝙞𝙨 𝙥𝙧𝙚𝙨𝙚𝙣𝙩𝙚𝙙, 𝙘𝙤𝙣𝙣𝙚𝙘𝙩𝙞𝙤𝙣𝙨 𝙗𝙚𝙩𝙬𝙚𝙚𝙣 𝙩𝙝𝙚 𝙧𝙚𝙡𝙚𝙫𝙖𝙣𝙩 𝙣𝙚𝙪𝙧𝙤𝙣𝙨 𝙖𝙧𝙚 𝙨𝙩𝙧𝙚𝙣𝙜𝙩𝙝𝙚𝙣𝙚𝙙. 𝙏𝙝𝙞𝙨 𝙡𝙚𝙩𝙨 𝙩𝙝𝙚 𝙗𝙧𝙖𝙞𝙣 𝙘𝙧𝙚𝙖𝙩𝙚 𝙣𝙚𝙬 𝙢𝙚𝙢𝙤𝙧𝙞𝙚𝙨 𝙬𝙞𝙩𝙝𝙤𝙪𝙩 𝙤𝙫𝙚𝙧𝙬𝙧𝙞𝙩𝙞𝙣𝙜 𝙩𝙝𝙚 𝙞𝙢𝙥𝙤𝙧𝙩𝙖𝙣𝙩 𝙢𝙚𝙢𝙤𝙧𝙞𝙚𝙨 𝙨𝙩𝙤𝙧𝙚𝙙 𝙞𝙣 𝙢𝙖𝙩𝙪𝙧𝙚 𝙨𝙮𝙣𝙖𝙥𝙨𝙚𝙨, 𝙬𝙝𝙞𝙘𝙝 𝙖𝙧𝙚 𝙝𝙖𝙧𝙙𝙚𝙧 𝙩𝙤 𝙘𝙝𝙖𝙣𝙜𝙚.”
Eine zentrale Erkenntnis dieser Forschung ist, dass unser Gehirn neuroanotomisch so angelegt ist, dass es während des gesamten Erwachsenenalters hochgradig anpassungsfähig bleibt und potenziell bereit ist, transformative Veränderungen zu durchlaufen.
Studie: Filopodien als strukturelles Substrat für stumme Synapsen im adulten Neokortex, Dimitra Vardalaki, Kwanghun Chung & Mark T. Harnett
Die transkranielle Gleichstromstimulation (tDCS) nutzt schwache elektrische Impulse auf der Kopfhaut, um die Hirnaktivität potenziell zu steigern. Umgangssprachlich wird sie auch als „Hirnzapping“ bezeichnet. Diese Methode gibt es schon länger; beispielsweise forschte die DARPA vor etwa zehn Jahren dazu. Die meisten Studien konzentrierten sich auf gesunde oder leistungsstarke Personen, doch es konnten nur wenige überzeugende Ergebnisse erzielt werden.
Eine soeben veröffentlichte Studie legt nahe, dass die Vorteile dieser Methode möglicherweise speziell für ältere Menschen mit Gedächtnisproblemen gelten.
Die Forscher bewerteten die Effekte des Gedächtnistrainings als eine Gesamtbeurteilung der Arbeitsgedächtniskapazität und verglichen ältere Erwachsene mit älteren Erwachsenen mit Gedächtnisproblemen.
Sie stellten fest, dass zwar alle Probanden ihre Leistung während des Trainings verbesserten, die tDCS in Kombination mit dem Arbeitsgedächtnistraining jedoch selektiv älteren Personen (OO) mit geringerer Arbeitsgedächtniskapazität zugutekam.
Interessanterweise stellten sie auch fest, dass die Leistung bei tDCS-Stimulation bei jüngeren älteren Erwachsenen schlechter war, die bei Schein-Stimulation tatsächlich signifikant höhere Arbeitsgedächtniswerte erzielten.
Es bedarf weiterer Forschung, aber dies könnte ein seltener Hinweis darauf sein, dass die Vorteile der Neurostimulation oder Neuromodulation hochgradig neurologisch spezifisch sein können.
Darüber hinaus zeigte eine ähnliche elektrische Stimulationstechnik namens transkranielle Wechselstromstimulation (tACS), bei der mit schwachen elektrischen Wechselströmen eine erhöhte Hirnaktivität ausgelöst wird, erstmals, dass sie sinnvolle Veränderungen der Kognition bewirken kann.
In einer in Nature veröffentlichten Studie absolvierten 150 Personen im Alter von 65 bis 88 Jahren einen 20-minütigen Wortlisten-Gedächtnistest, während ihr Gehirn einem elektrischen Impuls ausgesetzt war. Dieser Test wurde über vier Tage wiederholt.
Im Gegensatz zur Scheinstimulation zeigten die Ergebnisse, dass sich die Gedächtnisleistung über die vier Tage verbesserte und dass diese Verbesserungen auch einen Monat später noch anhielten.
Noch überzeugender ist vielleicht, dass die Stimulation präfrontaler Kortexregionen, die mit dem Langzeitgedächtnis assoziiert sind, die Leistung beim Abruf von Wörtern am Anfang einer Liste verbesserte. Wurden hingegen parietale Kortexregionen, die am Arbeitsgedächtnis beteiligt sind, gezielt stimuliert, verbesserte sich der Abruf von Wörtern gegen Ende der Liste.
Die Ergebnisse sind deutlich überzeugender als die anderer Studien in diesem Bereich. Dies mag daran liegen, dass die Stimulation über mehrere Tage und nicht in einer einzigen Sitzung erfolgte. In jedem Fall deutet alles darauf hin, dass tACS eine positive Rolle bei der Verbesserung von Gehirnfunktionen spielen kann.
Studie 1: Ältere Erwachsene mit geringerer Arbeitsgedächtniskapazität profitieren von der transkraniellen Gleichstromstimulation in Kombination mit einem Arbeitsgedächtnistraining, Sara Assecondi et al.
Studie 2: Lang anhaltende, dissoziierbare Verbesserung des Arbeitsgedächtnisses und des Langzeitgedächtnisses bei älteren Erwachsenen durch repetitive Neuromodulation, Shey Grover, et al.
Obwohl es in der Wissenschaft viele Debatten über die Wirksamkeit von Gehirntrainingsprogrammen gab, haben neue Forschungsergebnisse eindeutig gezeigt, dass eine vierwöchige kognitive Trainingsintervention die Wachstumsmentalität bei Kindern im Alter von 7 bis 10 Jahren deutlich verbessern kann.
Das Wachstumsdenken basiert auf der Überzeugung, dass sich die eigene Intelligenz durch Anstrengung verändern lässt, die mit Folgendem verbunden ist:
- gesteigerter Lernwille
- positive Einstellung zu Anstrengung
- Bereitschaft, Herausforderungen anzunehmen
Neben der Durchführung von Vorher-Nachher-Tests zur Wachstumsmentalität wurden detaillierte fMRT-Scans vor und nach dem Training durchgeführt. Neben einem direkten Transfer in den Tests zeigten die Scans positive neurologische Veränderungen in mehreren Hirnregionen, die für kognitive Kontrolle, Motivation und Gedächtnis entscheidend sind.
Die Plastizität der kortiko-striatalen Schaltkreise erwies sich als starker Prädiktor dafür, welche Kinder am meisten von dem Training profitierten.
Die vor dem Training gemessene Wachstumsmentalität korrelierte mit besseren mathematischen Fähigkeiten nach dem Training, was darauf hindeutet, dass eine stärkere Wachstumsmentalität zu besseren mathematischen Leistungen durch das Training führte. Interessanterweise zeigten jedoch Kinder mit geringeren mathematischen Fähigkeiten vor dem Training größere Fortschritte in der Wachstumsmentalität als Reaktion auf das Training.
Da positive Einflüsse auf ein Wachstumsdenken in jungen Jahren den Entwicklungsweg eines Kindes maßgeblich beeinflussen können, zeigen die Ergebnisse, dass kognitive Trainingsinterventionen das Potenzial haben, die allgemeinen Lebensergebnisse zu verbessern.
Studie: Kognitives Training fördert das Wachstumsdenken bei Kindern durch Plastizität kortiko-striataler Schaltkreise, Lang Chen, et al.
Willkommen bei den Forschungs- und Strategiedienstleistungen in der heutigen schnelllebigen Welt.
Eine auf Fakten basierende Diskussion darüber, ob Aktivitäten wie Kreuzworträtsel und Sudoku die Gehirngesundheit sinnvoll verbessern, wobei geklärt wird, was sie unterstützen, was nicht und warum ihre Vorteile oft missverstanden werden.
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