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Obwohl die neurowissenschaftliche Forschung im letzten Jahrzehnt oder so florierte, erwies sich 2022 als außergewöhnliches Jahr mit einigen der größten neurowissenschaftlichen Durchbrüche seit Jahren. Hier sind 7 Entdeckungen, die das Potenzial der Neurowissenschaften zeigen, unser Leben und sogar unsere Definitionen des Lebens selbst zu verändern.
Diese herzschlagartigen EEG-Signaturen sind der erste indirekte Beweis dafür, dass das menschliche Gehirn Quantencomputer nutzt. Die durch das EEG hervorgerufenen Potenziale wurden mithilfe einer speziellen MRT-Technik erfasst, die darauf ausgelegt ist, verschlungene Spins im menschlichen Gehirn aufzuspüren.
Sie sind derzeit nur als quantenverschränkte Kernprotonenspins im Gehirn erklärbar. Der leitende Physiker der Entdeckung fasste zusammen:
"𝙒𝙚 𝙖𝙙𝙖𝙥𝙩𝙚𝙙 𝙖𝙣 𝙞𝙙𝙚𝙖 𝙙𝙚𝙫𝙚𝙡𝙤𝙥𝙚𝙙 𝙛𝙤𝙧 𝙚𝙭𝙥𝙚𝙧𝙞𝙢𝙚𝙣𝙩𝙨 𝙩𝙤 𝙥𝙧𝙤𝙫𝙚 𝙩𝙝𝙚 𝙤𝙛 𝙦𝙪𝙖𝙣𝙩𝙪𝙢 𝙜𝙧𝙖𝙫𝙞𝙩𝙮 𝙬𝙝𝙚𝙧𝙚𝙗𝙮 𝙮𝙤𝙪 𝙩𝙖𝙠𝙚 𝙠𝙣𝙤𝙬𝙣 𝙦𝙪𝙖𝙣𝙩𝙪𝙢 𝙨𝙮𝙨𝙩𝙚𝙢𝙨 𝙨𝙮𝙨𝙩𝙚𝙢𝙨 𝙬𝙝𝙞𝙘𝙝 𝙞𝙣𝙩𝙚𝙧𝙖𝙘𝙩 𝙖𝙣 𝙪𝙣𝙠𝙣𝙤𝙬𝙣 𝙨𝙮𝙨𝙩𝙚𝙢 𝙄𝙛 𝙠𝙣𝙤𝙬𝙣 𝙠𝙣𝙤𝙬𝙣 𝙨𝙮𝙨𝙩𝙚𝙢𝙨 𝙚𝙣𝙩𝙖𝙣𝙜𝙡𝙚 𝙚𝙣𝙩𝙖𝙣𝙜𝙡𝙚 𝙩𝙝𝙚𝙣 𝙪𝙣𝙠𝙣𝙤𝙬𝙣 𝙢𝙪𝙨𝙩 𝙗𝙚 𝙦𝙪𝙖𝙣𝙩𝙪𝙢 𝙩𝙤𝙤 𝙩𝙤𝙤, 𝙩𝙤𝙤 𝙩𝙤𝙤. '' '' '
In diesem Fall war das bekannte System Gehirnwasser (Gehirnflüssigkeit) und das unbekannte System das Gehirn.
Darüber hinaus korrelierten die Grade der Verschränkung mit der Leistung des Kurzzeitgedächtnisses und der bewussten Wahrnehmung, so dass es wahrscheinlich ist, dass sie einen wichtigen Teil unserer kognitiven Funktionen höherer Ordnung bilden.
Quantenprozesse sind in der außerhumanen Biologie gut etabliert. Ohne Quantentunneln wäre beispielsweise die Photosynthese und damit der größte Teil des Lebens auf der Erde möglicherweise nicht entstanden.
Diese Studie ist auch nicht der erste Beweis für die menschliche Quantenbiologie.
Kryptochrome , die die Quantenverschränkung im Triplettzustand nutzen, haben sich als Mechanismus erwiesen, der es ihnen ermöglicht, das Erdmagnetfeld wie eine Karte zu lesen. Auch menschliche Augen besitzen Krytopchrome, aber irgendwann in unserer Evolution wurden sie deaktiviert.
Die Ergebnisse dieser Studie könnten den Beginn eines Paradigmenwechsels in den Neurowissenschaften markieren und wichtige Wege zur Weiterentwicklung von maschinenbasiertem Quantencomputing und künstlicher allgemeiner Intelligenz aufzeigen.
Studie: Experimentelle Hinweise auf nichtklassische Gehirnfunktionen , Christian Matthias Kerskens und David López Pérez.
Zum ersten Mal in der Geschichte könnten Tiere durch integrative Gehirntransplantationen einige Aspekte der menschlichen Intelligenz erwerben.
Organoide (oder Assembloide ) sind funktionierende Cluster von Neuronen, die in vitro gezüchtet werden, normalerweise aus hautbasierten Stammzellen. Diese relativ komplexen lebenden Gehirnformationen, die tierisch oder menschlich sein können, werden zur Untersuchung der neuronalen Mechanik im Labor außerhalb eines tatsächlichen Gehirns verwendet.
Allerdings ist ihr Forschungswert durch die Größe und Komplexität, zu der sie heranwachsen können, recht begrenzt. Um dieses Problem zu lösen, hat ein in Nature veröffentlichter neuer Ansatz menschliche Kortexorganoide in lebende Rattengehirne transplantiert (im Bild oben).
Sechs Monate nach der Integration erreichten die menschlichen Neuronen eine neue Reifungsordnung und wuchsen sechsmal so groß, wie es in vitro möglich war. Ihre Aktivität ahmte einige der komplexeren Verhaltensweisen besser nach, die man im menschlichen Gehirn beobachtet.
In einem Folgeexperiment feuerten die Forscher mithilfe der Optogenetik und konnten so erfolgreich beeinflussen, wie oft die Ratten nach einer Belohnung suchten.
Obwohl faszinierend, kann dieser neue Bereich der biologischen Forschung und sogar der Biologie selbst mit ethischen Komplikationen behaftet sein, einschließlich der Frage, wie ein solcher Hybridorganismus zu klassifizieren ist.
Studie: Reifung und Schaltkreisintegration transplantierter menschlicher kortikaler Organoide , Omer Revah et al.Stu
Dieses Video ist mehr, als man auf den ersten Blick sieht – es ist tatsächlich die erste erfolgreiche Hybridisierung von biologischen Neuronen und Siliziumchips, die lernen, ein simuliertes Spiel zu spielen.
Wie wir gerade gesehen haben, sind Organoide derzeit einer der sich am schnellsten entwickelnden Bereiche der Wissenschaft. Diese Forschung geht in eine andere, aber ebenso verblüffende Richtung, indem sie eine Mischung aus menschlichen/Nagetier-Organoiden mit Computerchips synthetisiert.
Ziel der sogenannten „synthetischen biologischen Intelligenz“ (SBI) ist es, diese einst unterschiedlichen Formen der Intelligenz synergetisch zu verschmelzen.
Insbesondere versuchten die Forscher, die Leistungsfähigkeit der in Organoiden vorkommenden Komplexität dritter Ordnung zu nutzen, die mit herkömmlichen Computern nie erreichbar war. Und darüber hinaus soll die formale Definition der Empfindungsfähigkeit in neuronalen Kulturen erreicht und das Lernen durch sensorisches Feedback effektiv demonstriert werden.
In dieser Studie wurden die In-vitro-Organoide über ein hochdichtes Multielektroden-Array in „In-silico“-Computing integriert. Das „BrainDish“ genannte Experiment nutzte ein strukturiertes Feedback mit geschlossenem Regelkreis durch elektrophysiologische Stimulation und wurde in eine Simulation des legendären Computerspiels Pong eingebettet.
Die Fähigkeit von Neuronen in Anordnungen, adaptiv auf äußere Reize zu reagieren, ist die Grundlage allen tierischen Lernens. Obwohl es sich bei diesem ersten Experiment um eine sehr einfache Simulation handelt, hat es durch zielgerichtetes Verhalten intelligentes und empfindungsfähiges Verhalten in einer simulierten Spielwelt demonstriert.
Dieser Ansatz bietet einen vielversprechenden neuen Forschungsweg, um Theorien zu unterstützen oder in Frage zu stellen, die erklären, wie das Gehirn mit der Welt interagiert, und um Intelligenz im Allgemeinen zu untersuchen.
Studie: In-vitro-Neuronen lernen und zeigen Empfindungsvermögen, wenn sie in einer simulierten Spielwelt verkörpert werden , Brett J. Kagan et al.
Forscher haben im Jahr 2022 eine möglicherweise bahnbrechende Entdeckung für die menschliche Gesundheit gemacht. Muskeln stellen die größte Muskelmasse in unserem Körper dar, doch im Hinblick auf den oxidativen Stoffwechsel des gesamten Körpers verbrennen sie im Ruhezustand nur 15 % der Glukose. Damit verbunden sind gesundheitliche Risiken durch zu viel Sitzen .
Der Soleus ist ein kleiner Wadenmuskel mit einem Gewicht von nur einem Kilo, der jedoch über einen speziellen Mechanismus verfügt, der bisher unbekannt war. Eine neue Studie an der University of Houston hat gezeigt, dass der Glukosestoffwechsel im gesamten Körper dramatisch auf 30–45 % ansteigt, wenn dieser spezifische Muskel gezielt aktiviert wird. Dies geschieht mit einem vernachlässigbaren Energieaufwand für die tatsächliche Kontraktion des Soleus.
Bei der Übung handelt es sich um ein einfaches, wiederholtes Anheben der Ferse, wobei der Fußballen auf dem Boden bleibt. Dies kann im Sitzen auf dem Boden oder auf einem Stuhl durchgeführt werden. Es wurde als „ Soleus-Push-up “ bezeichnet, der die Verwendung eines bisher unentdeckten Kraftstoffgemisches auslöst.
Interessanterweise wird diese Art der Soleuskontraktion beim Gehen oder Laufen deaktiviert. Dementsprechend wurde auch der Energieaufwand der Muskeln der unteren Extremitäten auf einem Laufband getestet.
Bemerkenswerterweise verbrannte der Soleus-Liegestütz mehr als doppelt so viel Sauerstoff wie beim Laufen und zehnmal so viel wie beim Gehen. Die Auswirkungen wurden bei Erwachsenen im Alter von 22 bis 82 Jahren beobachtet.
Die Schlussfolgerung ist, dass die systemische Stoffwechselregulation durch die Aktivierung eines kleinen Wadenmuskels erheblich verbessert werden kann. Diese Forschungsergebnisse zeigen einen allgemein zugänglichen und praktischen Weg auf, den erheblichen Gesundheitsrisiken von längerem Sitzen entgegenzuwirken, auch für Menschen, die regelmäßig Sport treiben.
Studie: Eine wirksame physiologische Methode zur Steigerung und Aufrechterhaltung des oxidativen Metabolismus des Soleus verbessert die Glukose- und Lipidregulierung , Marc T. Hamiliton et al.
Eine zufällige neue Entdeckung, die in „Nature“ veröffentlicht wurde, enthüllte ein wichtiges neues Merkmal der Neuroplastizität im Gehirn erwachsener Säugetiere.
Ein Team von MTI-Neurowissenschaftlern untersuchte Mausgehirne, um zu zeigen, wie Neuronendendriten je nach Standort synaptische Eingaben auf unterschiedliche Weise verarbeiten. Da hierfür sehr hochauflösende Techniken erforderlich sind, entdeckten sie zufällig eine Fülle mikroskopisch kleiner stiller Synapsen , sogenannte Filopodien , an den Spitzen von Dendriten.
Der leitende Forscher kommentierte:
"
Synapsen sind neuronale Mechanismen, die es dem Gehirn ermöglichen, sich flexibel in nahezu unendlichen Konfigurationen zu vernetzen. Allerdings benötigen bereits funktionell verdrahtete Synapsen eine hohe Reizschwelle, um sich zu entkoppeln und neu zu verdrahten.
Stille Synapsen haben eine sehr niedrige Schwelle und sind im Wesentlichen bereit, sich mit anderen Neuronen zu verbinden. Allerdings glaubte man bisher, dass Filopodien nur in sehr jungen Gehirnen vorkommen. Dies hinterließ viele Fragen zu den Mechanismen, die dazu führen, dass erwachsene Gehirne immer noch zu einem hohen Maß an Neuroplasizität fähig sind.
Es wurde auch festgestellt, dass die erwachsenen Filopodien sehr empfindlich auf die Hebbsche Plastizität , wobei ein Neuron die synaptische Plastizität eines anderen Neurons direkt beeinflussen kann.
Der Befund bietet ein neues Verständnis dafür, wie funktionale Konnektivität durch diesen neuen Mechanismus gesteuert werden kann und eine flexible Steuerung der synaptischen Verkabelung ermöglicht, die die Lernfähigkeiten des reifen Gehirns erweitert.
Außerdem wird erklärt, wie neue Erinnerungen entstehen können.
“𝙏𝙝𝙚𝙨𝙚 𝙨𝙞𝙡𝙚𝙣𝙩 𝙨𝙮𝙣𝙖𝙥𝙨𝙚𝙨 𝙖𝙧𝙚 𝙡𝙤𝙤𝙠𝙞𝙣𝙜 𝙛𝙤𝙧 𝙣𝙚𝙬 𝙘𝙤𝙣𝙣𝙚𝙘𝙩𝙞𝙤𝙣𝙨, 𝙖𝙣𝙙 𝙬𝙝𝙚𝙣 𝙞𝙢𝙥𝙤𝙧𝙩𝙖𝙣𝙩 𝙣𝙚𝙬 𝙞𝙣𝙛𝙤𝙧𝙢𝙖𝙩𝙞𝙤𝙣 𝙞𝙨 𝙥𝙧𝙚𝙨𝙚𝙣𝙩𝙚𝙙, 𝙘𝙤𝙣𝙣𝙚𝙘𝙩𝙞𝙤𝙣𝙨 𝙗𝙚𝙩𝙬𝙚𝙚𝙣 𝙩𝙝𝙚 𝙧𝙚𝙡𝙚𝙫𝙖𝙣𝙩 𝙣𝙚𝙪𝙧𝙤𝙣𝙨 𝙖𝙧𝙚 𝙨𝙩𝙧𝙚𝙣𝙜𝙩𝙝𝙚𝙣𝙚𝙙. "
Eine wichtige Erkenntnis aus dieser Forschung ist, dass unser Gehirn neuroanotomisch auf eine Weise vorbereitet ist, die es ihm ermöglicht, während des gesamten Erwachsenenalters hochgradig anpassungsfähig zu bleiben und möglicherweise bereit für transformative Veränderungen zu sein.
Studie: Filopodien sind ein strukturelles Substrat für stille Synapsen im Neokortex von Erwachsenen , Dimitra Vardalaki, Kwanghun Chung und Mark T. Harnett
Bei der transkraniellen Gleichstromstimulation (tDCS) wird eine schwache elektrische Stimulation auf die Kopfhaut angewendet, um die Gehirnaktivität potenziell zu steigern, was weniger wissenschaftlich auch als „Brain Zapping“ bekannt ist. Es gibt es schon seit einiger Zeit, DARPA hat es beispielsweise vor etwa einem Jahrzehnt untersucht. Der Großteil der Forschung konzentrierte sich auf gesunde oder leistungsstarke Bevölkerungsgruppen, doch es kamen nur wenige überzeugende Beweise ans Licht.
Eine gerade veröffentlichte Studie legt nahe, dass die Vorteile dieser Methode tatsächlich speziell für ältere Menschen mit Gedächtnisproblemen gelten könnten.
Die Forscher bewerteten die Effekte des Gedächtnistrainings als eine umfassende Gesamtbewertung der Arbeitsgedächtniskapazität, indem sie ältere Erwachsene mit älteren Erwachsenen mit Gedächtnisproblemen verglichen.
Sie fanden heraus, dass, während alle Personen ihre Leistung während des Trainings verbesserten, tDCS mit Arbeitsgedächtnistraining selektiv älteren Personen (OO) mit geringerer Arbeitsgedächtniskapazität zugute kam.
Interessanterweise fanden sie auch heraus, dass die Leistung mit tDCS-Stimulation bei jüngeren alten Erwachsenen schlechter war, die mit Scheinstimulation tatsächlich deutlich höhere Arbeitsgedächtniswerte aufwiesen.
Weitere Forschung ist erforderlich, aber dies könnte ein seltener Beweis dafür sein, dass die Vorteile der Neurostimulation oder Neuromodulation hochgradig neurologisch spezifisch sein könnten.
Darüber hinaus zeigte eine ähnliche elektrische Stimulationstechnik namens transkranielle Wechselstromstimulation (tACS), bei der schwache elektrische Wechselströme zur Auslösung einer erhöhten Gehirnaktivität verwendet werden, erstmals, dass sie bedeutsame Veränderungen in der Wahrnehmung auslösen kann.
In einer in „Nature“ veröffentlichten Studie führten 150 Menschen im Alter zwischen 65 und 88 Jahren eine 20-minütige Wortlisten-Gedächtnisabrufaufgabe durch, während ihr Gehirn geschockt wurde. Dies wurde über 4 Tage wiederholt.
Im Gegensatz zur Scheinstimulation zeigten die Ergebnisse, dass sich die Gedächtnisleistung über die vier Tage verbesserte und dass diese Zuwächse auch einen Monat später anhielten.
Vielleicht noch überzeugender ist, dass sich die Leistung beim Abrufen von Wörtern am Anfang der Liste verbesserte, wenn Regionen des präfrontalen Kortex, die mit dem Langzeitgedächtnis in Zusammenhang stehen, stimuliert wurden. Wenn Regionen des Parietallappens, die am Arbeitsgedächtnis beteiligt sind, gezielt angesprochen wurden, wurde die Erinnerung an Wörter am Ende der Liste gesteigert.
Die Ergebnisse sind viel überzeugender als andere Studien in diesem Bereich. Dies kann daran liegen, dass das Zappen über mehrere Tage statt in einer einzigen Sitzung durchgeführt wurde. So oder so sieht es jetzt so aus, als ob tACS eine positive Rolle bei der Verbesserung der Gehirnfunktionen spielen kann.
Studie 1: Ältere Erwachsene mit geringerer Arbeitsgedächtniskapazität profitieren von transkranieller Gleichstromstimulation in Kombination mit Arbeitsgedächtnistraining , Sara Assecondi et al.
Studie 2: Langanhaltende, dissoziierbare Verbesserung des Arbeitsgedächtnisses und des Langzeitgedächtnisses bei älteren Erwachsenen mit repetitiver Neuromodulation , Shey Grover et al.
Obwohl es viele wissenschaftliche Debatten über die Wirksamkeit von Gehirntrainingsanwendungen gibt, haben neue Forschungsergebnisse überzeugend gezeigt, dass eine vierwöchige kognitive Trainingsintervention die Wachstumsmentalität bei Kindern im Alter von 7 bis 10 Jahren erheblich verbessern kann.
Die Wachstumsmentalität basiert auf der Überzeugung, dass sich die Intelligenz eines Menschen durch Anstrengung ändern kann, die mit Folgendem verbunden ist:
- erhöhte Lust am Lernen
- positive Ansichten über Anstrengung
- Bereitschaft, Herausforderungen anzunehmen
Neben Vor- und Nachbeurteilungen der Wachstumsmentalität wurden vor und nach dem Training detaillierte fMRT-Scans durchgeführt. Neben der direkten Übertragung in den Beurteilungen zeigten die Scans positive neurologische Veränderungen in mehreren Gehirnregionen, die für die kognitive Kontrolle, Motivation und das Gedächtnis entscheidend sind.
Die Plastizität der kortiko-striatalen Schaltkreise erwies sich als starker Prädiktor dafür, welche Kinder den größten Nutzen aus dem Training ziehen konnten.
Messungen der Wachstumsmentalität vor dem Training waren auch mit besseren Mathematikkenntnissen nach dem Training verbunden, was darauf hindeutet, dass ein höheres Maß an Wachstumsmentalität zu besseren Mathematikleistungen während des Trainings führte. Interessanterweise zeigen Kinder, die vor dem Training über geringere Mathematikkenntnisse verfügten, als Reaktion auf das Training jedoch größere Zuwächse in ihrer Wachstumsmentalität.
Da positive Einflüsse auf die Wachstumsmentalität in jungen Jahren den Entwicklungsverlauf eines Kindes erheblich beeinflussen können, zeigen die Ergebnisse, dass kognitive Trainingsinterventionen das Potenzial haben, die Gesamtergebnisse im Leben zu verbessern.
Studie: Kognitives Training fördert die Wachstumsmentalität von Kindern durch die Plastizität kortiko-striataler Schaltkreise , Lang Chen et al.
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Hier sind einige faszinierende neurowissenschaftliche Erkenntnisse über das menschliche Gehirn, die Sie vielleicht noch nicht kennen.
Verschiedene NeuroTracker-Forschungsansätze haben zu faszinierenden Erkenntnissen darüber geführt, wie das Gehirn die menschliche Leistung und das Wohlbefinden beeinflusst
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