Willkommen bei den Forschungs- und Strategiedienstleistungen in der heutigen schnelllebigen Welt.
Obwohl 2020 für die meisten Wissenschaftsbereiche ein schwieriges Jahr war, hat sich das goldene Zeitalter der Neurowissenschaften rasant weiterentwickelt. Insbesondere gab es mehrere bahnbrechende Entdeckungen, die an Science-Fiction erinnerten, etwa zur Kartierung unseres Gehirns, bedeutende Fortschritte zur Verbesserung der Gesundheit im Alter und den Beginn einer neuen Ära der KI-basierten Neurowissenschaften. Werfen wir einen Blick auf neun der wichtigsten neurowissenschaftlichen Entdeckungen des vergangenen Jahres.
Anfang des Jahres entwickelten Wissenschaftler des MIT eine neue Technik , um die strukturelle Kartierung (Gehirnanatomie) mit der funktionellen Kartierung (Gehirnaktivität) zu verknüpfen – ein Novum. Dies gelang erstmals an lebenden Mäusen, wobei die Kartierung in Echtzeit über verschiedene Hirnregionen hinweg durchgeführt wurde. Das Video vermittelt einen Eindruck davon, wie faszinierend es ist, die Kopplung von Hirnstrukturen und Hirnaktivität in Echtzeit zu beobachten, wenn einer Maus unterschiedliche Bilder gezeigt werden.
Drittharmonischer-Erzeugung (THGdie Drei-Photonen-Mikroskopie mittels der retinotopen Kartierungund ermöglicht so die Beobachtung der Aktivität durch tiefes Hirngewebe hindurch mittels elektrischer Signale.
Es liefert zudem eine atemberaubende Auflösung, die es ermöglicht, einzelne Neuronen und ihre Substrukturen sowie feine Blutgefäße und Myelin – eine Art Isolator, der als entscheidender Faktor für die Verarbeitungsgeschwindigkeit im Gehirn gilt – zu untersuchen.
Diese Studie konzentrierte sich auf die visuellen Zentren des Gehirns, doch dieselbe Methode lässt sich auch zur Untersuchung anderer Hirnregionen anwenden. Sie verspricht, ein wirkungsvolles Instrument zum Verständnis der Unterschiede zwischen gesunden und kranken Hirnzuständen sowie der Reaktion des Gehirns auf Umweltreize zu sein.
Die Stanford University erzielte mit einer neuen bifokalen Mikroskopietechnik namens COSMOS. Ihre Arbeit ermöglichte es, Filme der neuronalen Aktivität in der gesamten Großhirnrinde eines Mäusehirns aufzunehmen.
Diese Signale wurden aufgezeichnet, indem das Gehirn aus drei verschiedenen Winkeln gefilmt und anschließend computergestützt extrahiert wurde, um ein Live-Video der makroskopischen Aktivität der linken und rechten Hemisphäre zu erzeugen. Hier sehen Sie ein Beispiel, in dem Sie die bemerkenswerte elektrische Aktivität eines echten Gehirns in Aktion beobachten können.
Da der Cortex komplexe, höhere kognitive Funktionen verarbeitet, lassen sich nun auch rätselhaftere Verhaltensweisen wie Entscheidungsprozesse umfassender entschlüsseln. Dies ermöglicht beispielsweise ein besseres Verständnis des Zusammenhangs zwischen Entscheidungen, die von Sinneswahrnehmung und motorischen Funktionen abhängen (denken Sie etwa daran, was bei der Entscheidung, in welche Richtung man einem entgegenkommenden Auto ausweicht, eine Rolle spielt).
Die Forscher erwarten außerdem, dass COSMOS eine kostengünstige Methode zum Screening der Wirkungen von Psychopharmaka darstellt, damit diese so weiterentwickelt werden können, dass sie funktional wirksamer sind.
berichteten früheren Blogbeitrag, gelang Googles DeepMind durch die Nachahmung der neokortikalen Säulen des menschlichen Gehirns. Dies führte zu einer enormen Steigerung der Intelligenz bei einem Bruchteil der Rechenleistung. Infolgedessen hat diese dem Menschen nachempfundene KI die weltbesten Schach-, Go- und E-Sport-Spieler in ihren jeweiligen Disziplinen übertroffen.
Obwohl die genauen Mechanismen des Schlafs noch nicht vollständig erforscht sind, erfüllt er eine entscheidende Funktion für das Gehirn von Säugetieren und Menschen. Schlafentzug . Dieses Jahr entdeckte das Los Alamos National Laboratory, dass auch die neuronalen Netzwerke von KI-Systemen unter einer Art Schlafentzug leiden und instabil werden, wenn sie über längere Zeiträume ohne Pausen arbeiten. Versetzt man die Netzwerke jedoch in einen Zustand, der den Gehirnwellen im Schlaf ähnelt, wird ihre optimale Leistung wiederhergestellt.
Das mag zunächst nicht so bedeutsam klingen, doch Fortschritte im Bereich der KI werden unser aller Leben grundlegend verändern. Die Ergebnisse deuten zudem darauf hin, dass die Verschmelzung von Neurowissenschaften und KI eine neue Ära hochintelligenter Computer einläuten könnte.
Ein winziges Hirngerät wurde eingesetzt, um die Lebensqualität von Patienten mit schwerer, durch Motoneuronerkrankungen verursachter Armlähmung zu verbessern. In dieser an der Universität Melbourne durchgeführten Studie wurde die neue Mikrotechnologie in die Gehirne der Teilnehmer implantiert.
Das Gerät namens Stentrode™ wurde minimalinvasiv über einen kleinen Eingriff in den Hals eingeführt und von dort über die Blutgefäße in den motorischen Kortex vorgeschoben. Diese minimalinvasive Methode vermeidet die Risiken und Komplikationen einer offenen Hirnoperation.
Das Implantat nutzt drahtlose Technologie, um spezifische neuronale Aktivitäten an einen Computer zu übertragen, wo sie in Aktionen umgesetzt werden, die auf den Absichten der Patienten basieren. Erstaunlicherweise ermöglichte dieser winzige Chip den Patienten Aktionen wie Klicken und Zoomen sowie Schreiben mit einer Genauigkeit von 93 %. Dadurch konnten sie Dinge tun, die für uns selbstverständlich sind, wie SMS schreiben, E-Mails senden und online einkaufen.
Es ist noch sehr früh, aber die minimalinvasive Natur der Behandlung zeigt das große Potenzial von Mikro-Neurotechnologien, Menschen mit kognitiven Beeinträchtigungen aller Art zu helfen.
2018 berichteten wir , dass Wissenschaftler gelernt haben, Stammzellen in spezifische Neuronen umzuprogrammieren. Dieses Jahr haben Forscher von vier verschiedenen US-Universitäten einen weiteren großen Schritt in Richtung des heiligen Grals der Lebensverlängerung gemacht. Durch die Identifizierung von Gennetzwerken, die die Zellregeneration regulieren, konnten sie normale Zellen so manipulieren, dass sie sich in Vorläuferzellen verwandeln, die sich in jeden beliebigen Zelltyp differenzieren und absterbende Zellen ersetzen können.
Ihr Machbarkeitsnachweis wurde mit Gliazellen von Zebrafischen erbracht, die effektiv in Stammzellen umgewandelt wurden, welche dann beschädigte Netzhautzellen erkannten und wiederherstellten, um das beeinträchtigte Sehvermögen wiederherzustellen.
Zelltod, auch Apoptosegenannt, spielt eine wichtige Rolle im natürlichen Alterungsprozess des Menschen. Die Forscher vermuten, dass der Prozess der Neuronenregeneration im Gehirn ähnlich verläuft. Im Erfolgsfall hätte dies weitreichende Konsequenzen für Erkrankungen wie Alzheimer, bei denen große Hirnregionen durch den Tod von Neuronen verloren gehen können. Möglicherweise trägt die Apoptose auch dazu bei, die zahlreichen Begleiterscheinungen des natürlichen Alterungsprozesses im Gehirn zu verhindern und so ein längeres, gesünderes und aktiveres Leben bis ins hohe Alter zu ermöglichen.
Anstatt absterbende Zellen zu ersetzen, haben Wissenschaftler der Universität Heidelberg Schlüsselprozesse identifiziert, die am Tod von Gehirnzellen, der sogenannten Neurodegeneration. Sie entdeckten den Prozess, durch den die zelluläre Glutamataufnahme den Zelltod bei gesunden Menschen verhindert, im Krankheitsfall wie einem Schlaganfall jedoch inaktiv wird, wenn die Sauerstoffversorgung der Gehirnzellen eingeschränkt ist.
Dies führt im Endeffekt dazu, dass sich die Zellen selbst abtöten, weil sie nicht die richtigen chemischen Signale erhalten, die ihnen das Überleben ermöglichen. Die Forscher entwickelten daraufhin eine spezielle Klasse von Inhibitoren, die den zellulären „Todeskomplex“ deaktivieren können, bevor er eintritt.
Die Inhibitoren erwiesen sich als hochwirksam beim Schutz von Nervenzellen, was hoffentlich zu einer neuen Klasse von Behandlungsmöglichkeiten für neurodegenerative Erkrankungen führen wird.
Forscher der Universität Aarhus haben mithilfe fortschrittlicher PET- und MRI-Bildgebungsverfahren herausgefunden, dass es sich bei der Parkinson-Krankheit tatsächlich um eine von zwei verschiedenen Varianten der Krankheit.
Bei einer Variante beginnt die Krankheit im Darm und breitet sich über Nervenverbindungen ins Gehirn aus. Bei der anderen Variante beginnt sie im Gehirn und greift dann auf den Darm und andere Organe über. Dieses Video bietet einen guten Überblick.
Auch wenn es keine Heilung bietet, ist es ein wichtiger Schritt in die richtige Richtung, um Krankheitsbeginn frühzeitig zu erkennen und präventive Maßnahmen zu ergreifen. So könnten beispielsweise Behandlungen entwickelt werden, die verhindern, dass die Krankheit überhaupt das Gehirn erreicht, wo sie sich dann mit der Zeit zu schwerwiegenden Beeinträchtigungen entwickeln kann. Es ist außerdem ein weiteres wichtiges Puzzleteil im Verständnis der komplexen Wechselwirkungen zwischen Darm und Gehirn, der sogenannten Darm-Hirn-Achse.
Wissenschaftler der Universität Cambridge und des Imperial College London haben einen neuen KI-Algorithmus , der anhand topografischer CT-Scandaten verschiedene Arten von Hirnverletzungen erkennen, unterscheiden und identifizieren kann.
CT-Scans erfassen enorme Datenmengen, deren Analyse Experten Stunden kosten kann. Dabei müssen mehrere Scans im Zeitverlauf ausgewertet werden, um den Genesungsverlauf oder das Fortschreiten der Krankheit zu verfolgen. Dieses neue KI-Tool scheint solche Veränderungen besser als menschliche Experten zu erkennen und ist zudem deutlich schneller und kostengünstiger.
Ihre Forschung zeigte beispielsweise, dass die Software die Progression verschiedener Arten von Hirnläsionen hochwirksam automatisch quantifizieren und so die Vorhersage erleichtern kann, welche Läsionen sich vergrößern werden. Die innovative Anwendung dieser KI zur Unterstützung der menschlichen Analyse dürfte der Auftakt zu vielen weiteren sein, die die medizinische Diagnostik kosteneffizient revolutionieren werden.
Super-Ager sind Menschen, deren kognitive Fähigkeiten die ihrer Altersgenossen im hohen Alter weit übertreffen und die bis ins hohe Alter von 70 oder 80 Jahren über eine jugendliche geistige Leistungsfähigkeit verfügen. Bislang ist das Geheimnis, wie sie diese Höchstform bewahren, kaum erforscht.
Das Universitätsklinikum Köln und das Forschungszentrum Jülich haben einen entscheidenden Unterschied in ihrer Biologie. Mithilfe von PET-Scans konnten sie nachweisen, dass Super-Ager eine deutlich erhöhte Resistenz gegenüber Tau- und Amyloidproteinen. Bis vor Kurzem erwiesen sich diese Proteine als schwer zu erforschen.
Super-Ager weisen zudem geringere Tau- und Amyloid-Ablagerungen auf, was bei den meisten Menschen im höheren Alter zu verschiedenen Formen der Neurodegeneration führt. Mittlerweile ist bekannt, dass die verminderte Resistenz gegenüber der Tau- und Amyloid-Akkumulation ein primärer biologischer Faktor für den Verlust der kognitiven Höchstleistung ist.
Neue Forschung kann sich auf diese Prozesse konzentrieren, um Wege zu finden, den geistigen Verfall im Allgemeinen möglicherweise zu heilen und um Therapien zum Schutz vor bereits auftretenden Demenzformen zu entwickeln.
Wir hoffen, Sie fanden diese neurowissenschaftlichen Highlights interessant. Wenn Sie mehr über die rasanten Fortschritte in der Neurowissenschaft erfahren möchten, lesen Sie auch unsere Blogbeiträge zu den Highlights der letzten drei Jahre.
Die 3 verblüffendsten neurowissenschaftlichen Entdeckungen des Jahres 2019
5 neurowissenschaftliche Durchbrüche des Jahres 2018
7 wichtige Entwicklungen in der Neurowissenschaft des Jahres 2017
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.
Entdecken Sie diese hervorragenden Erkenntnisse über die Rolle der Neurowissenschaften bei sportlichen Leistungen.
Erfahren Sie mehr über die bemerkenswerte Neuroplastizität Ihres Gehirns.
NeuroTracker ist eines der am besten erforschten kognitiven Trainingssysteme und wird weltweit im Spitzensport, beim Militär und im Bereich der Leistungsoptimierung eingesetzt. Es basiert auf 20 Jahren neurowissenschaftlicher Forschung.
.png)