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Obwohl es für die meisten Wissenschaftsbereiche ein schwieriges Jahr war, blühte goldene Zeitalter der Neurowissenschaften bis ins hohe Alter und der Beginn einer neuen Ära der KI-basierten Neurowissenschaften. Werfen wir einen Blick auf 9 der wichtigsten neurowissenschaftlichen Entdeckungen des vergangenen Jahres.
Anfang dieses Jahres haben MIT-Wissenschaftler eine neue Technik , um strukturelle Kartierung (Anatomie des Gehirns) mit funktioneller Kartierung (wie sich das Gehirn verhält) zu koppeln – das erste Mal, dass dies richtig gelungen ist. Darüber hinaus wurde dies an lebenden Mäusen durchgeführt, wobei die Kartierung aller Gehirnregionen der Maus in Echtzeit durchgeführt wurde. Dieses Video vermittelt einen Eindruck davon, wie faszinierend es ist zu sehen, wie sich die Kopplung von Gehirnstrukturen und Live-Aktivität verändert, wenn einer Maus unterschiedliche Bilder gezeigt werden.
Die Avantgarde-Technik kombiniert die Drei-Photonen-Mikroskopie THG der Retinotopenkartierung und ermöglicht so die Beobachtung von Aktivität durch tiefes Hirngewebe über elektrische Signaturen.
Es liefert außerdem eine atemberaubende Auflösung und ermöglicht die Untersuchung einzelner Neuronen und ihrer Unterstrukturen sowie feiner Blutgefäße und Myelin – eine Art Isolator, der bekanntermaßen ein entscheidender Faktor für die Verarbeitungsgeschwindigkeit des Gehirns ist.
Diese Studie konzentrierte sich auf die visuellen Zentren des Gehirns, aber die gleiche Methode kann auch zur Untersuchung anderer Regionen verwendet werden. Es verspricht ein leistungsstarkes Werkzeug zum Verständnis der Unterschiede zwischen gesunden und erkrankten Gehirnzuständen sowie der Reaktion des Gehirns auf Umweltreize zu sein.
bifokalen Mikroskopietechnik namens COSMOS gelang der Stanford University ein entscheidender Durchbruch . Ihre Arbeit zeichnete Filme der neuronalen Aktivität in der gesamten Großhirnrinde eines Mausgehirns auf.
Diese Signale wurden aufgezeichnet, indem das Gehirn im Wesentlichen aus drei verschiedenen Winkeln gefilmt und anschließend Signale rechnerisch extrahiert wurden, um ein Live-Video der makroskopischen Aktivität über der linken und rechten Hemisphäre zu erstellen. Hier ist ein Beispiel, in dem Sie buchstäblich den bemerkenswerten elektrischen Sturm eines echten Gehirns in Aktion sehen können.
Da der Kortex komplexe kognitive Funktionen auf höherer Ebene verwaltet, können nun mysteriösere Verhaltensweisen wie Entscheidungsprozesse auf globale Weise entschlüsselt werden. Zum Beispiel zum Verständnis des Zusammenhangs zwischen Entscheidungen, die von der Sinneswahrnehmung und der motorischen Funktion abhängen (denken Sie darüber nach, was bei der Entscheidung, wie man einem entgegenkommenden Auto ausweicht, eine Rolle spielt).
Die Forscher gehen außerdem davon aus, dass COSMOS eine kostengünstige Methode zum Screening der Wirkung von Psychopharmaka sein wird, sodass diese funktionell wirksamer weiterentwickelt werden können.
früheren Blog berichtet haben , gelang ein großer Durchbruch für das Deep Mind durch die Nachahmung der neokortikalen Säulen des menschlichen Geistes. Dies führte zu einer enormen Steigerung der Intelligenz bei einem Bruchteil der Rechenleistung. Infolgedessen hat diese vom Menschen modellierte KI nun die weltbesten Schach-, Go- und dann eSport-Spieler bei ihren eigenen Spielen übertroffen.
Obwohl noch nicht vollständig geklärt, stellt Schlaf eine entscheidende Funktion für das Gehirn von Säugetieren und Menschen dar, wobei es zu ernsthaften Problemen kommt, wenn Schlafmangel erduldet wird. Dieses Jahr entdeckte das Los Alamos National Laboratory, dass die Spitzenlast-Rechennetzwerke von KI-Systemen auch unter einer Art Schlafentzug leiden und instabil werden, wenn sie über längere Zeiträume ohne Pausen arbeiten. Doch wenn wir in einen Netzwerkzustand versetzt werden, der den Gehirnwellen ähnelt, die wir im Schlaf erleben, wurde die optimale Leistung wiederhergestellt.
Das klingt vielleicht nicht nach einer so großen Sache, aber Fortschritte in der KI werden wahrscheinlich die Art und Weise verändern, wie wir unser Leben leben. Die Ergebnisse deuten auch darauf hin, dass die Verschmelzung der Disziplinen Neurowissenschaften und KI eine neue Ära superintelligenter Computer hervorbringen könnte.
Ein winziges Gehirngerät wurde verwendet, um die Lebensqualität von Patienten mit schwerer Lähmung der oberen Extremitäten aufgrund einer Motoneuronerkrankung zu verbessern. an der Universität Melbourne durchgeführten Versuch wurde die neue Mikrotechnologie in die Gehirne der Teilnehmer implantiert.
Das Stentrode™ genannte Gerät wurde durch eine Schlüssellochoperation in den Hals eingeführt und gelangte von dort über Blutgefäße in den motorischen Kortex. Diese minimalinvasive Methode vermeidet die mit einer Operation am offenen Gehirn verbundenen Risiken und Genesungskomplikationen.
Das Implantat nutzt drahtlose Technologie, um spezifische neuronale Aktivität an einen Computer weiterzuleiten, wo sie basierend auf den Absichten des Patienten in Aktionen umgewandelt wird. Erstaunlicherweise ermöglichte dieser winzige Chip den Patienten, Aktionen wie Klicken und Zoomen auszuführen und mit einer Genauigkeit von 93 % zu schreiben, was ihnen dabei half, Dinge zu tun, die wir für selbstverständlich halten, wie Textnachrichten, E-Mails senden und online einkaufen.
Es ist noch sehr früh, aber der minimalinvasive Charakter der Behandlung zeigt das große Potenzial der Mikroneurotechnologie, um Menschen mit allen Arten von kognitiven Beeinträchtigungen zu helfen.
Im Jahr 2018 berichteten wir , dass Wissenschaftler gelernt haben, Stammzellen in bestimmte Neuronen umzuprogrammieren. Dieses Jahr haben Forscher von vier verschiedenen US-Universitäten einen größeren 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 Zelltyp verwandeln können, um sterbende Zellen zu ersetzen.
Ihr Machbarkeitsnachweis wurde mit den Gliazellen von Zebrafischen durchgeführt, wobei diese effektiv in Stammzellen umgewandelt wurden, die dann beschädigte Netzhautzellen aufspürten und wiederherstellten, um beeinträchtigte Sehkraft wiederherzustellen.
Der Zelltod oder Apoptose spielt eine große Rolle bei der zwangsläufigen natürlichen Alterung des Menschen. Die Forscher glauben, dass der Prozess zur Regeneration von Neuronen im Gehirn ähnlich sein wird. Wenn es gelingt, wird es enorme Auswirkungen auf Krankheiten wie die Alzheimer-Krankheit haben, bei der große Regionen des Gehirns durch den Tod von Neuronen verloren gehen können. Es kann auch eine Rolle dabei spielen, die vielen Nebenwirkungen des natürlichen Alterns im Gehirn zu verhindern und so ein längeres und gesünderes Leben in Topform bis ins hohe Alter zu ermöglichen.
Anstatt sterbende Zellen zu ersetzen, haben Wissenschaftler der Universität Heidelberg Schlüsselprozesse identifiziert, die beim Absterben von Gehirnzellen, der sogenannten Neurodegeneration . Dabei ging es darum, den Prozess aufzudecken, durch den die zelluläre Glutamataufnahme den Zelltod bei gesunden Menschen verhindert, bei Krankheitszuständen wie einem Schlaganfall jedoch inaktiv wird, wenn die Sauerstoffversorgung der Gehirnzellen eingeschränkt wird.
Tatsächlich führt dies dazu, dass Zellen sich selbst töten, einfach weil sie nicht die richtigen chemischen Signale erhalten, die ihnen sagen, sie sollen am Leben bleiben. Anschließend entwickelten die Forscher eine spezielle Klasse von Inhibitoren, die in den zellulären „Todeskomplex“ eingreifen und ihn deaktivieren können, bevor er auftritt.
Die Inhibitoren erwiesen sich als hochwirksam beim Schutz von Nervenzellen und führten hoffentlich zu einer neuen Klasse von Behandlungsmöglichkeiten für neurodegenerative Erkrankungen.
Forscher der Universität Aarhus haben mithilfe fortschrittlicher PET- und MRT-Bildgebungstechniken gezeigt, 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 neuronale Verbindungen im Gehirn aus. Im anderen Fall beginnt es im Gehirn und wandert dann in den Darm und andere Organe. Dieses Video gibt einen tollen Überblick.
Obwohl es nicht heilend ist, ist es ein wichtiger Schritt in die richtige Richtung, um den Beginn präventiver Maßnahmen frühzeitig erkennen zu können. Dies kann beispielsweise zu Behandlungen führen, die verhindern, dass die Krankheit überhaupt in das Gehirn gelangt, wo die Auswirkungen dann mit der Zeit schwächend werden. Es ist auch ein weiteres Schlüsselelement im Puzzle der kraftvollen Symbiosen zwischen unserem Darm und unserem Geist, wissenschaftlich bekannt als Darm-Hirn-Achse .
Wissenschaftler der Universität Cambridge und des Imperial College London haben einen neuartigen KI-Algorithmus , der anhand topografischer CT-Scandaten verschiedene Arten von Hirnverletzungen erkennen, unterscheiden und identifizieren kann.
Bei CT-Scans werden riesige Datenmengen erfasst, deren Analyse durch Experten mehrere Stunden in Anspruch nehmen kann. Dazu muss die gemeinsame Auswertung mehrerer Scans im Laufe der Zeit gehören, um Genesungsverläufe oder das Fortschreiten der Krankheit zu verfolgen. Dieses neue KI-Tool scheint solche Veränderungen besser zu erkennen als menschliche Experten und außerdem viel schneller und kostengünstiger zu sein.
Ihre Forschung zeigte beispielsweise, dass die Software sehr effektiv bei der automatischen Quantifizierung des Fortschreitens mehrerer Arten von Hirnläsionen ist und dabei hilft, vorherzusagen, welche Läsionen größer werden würden. Die innovative Anwendung dieser Art von KI zur Unterstützung menschlicher Analysen dürfte die erste von vielen sein, die die medizinische Diagnostik auf kostengünstige Weise verändern werden.
Super-Ager sind Personen, deren kognitive Fähigkeiten im Alter weit über denen ihrer Altersgenossen liegen und die ihre jugendlichen geistigen Fähigkeiten bis weit in die 70er und 80er Jahre behalten. Bisher ist das Geheimnis der Beibehaltung ihrer Spitzenform kaum verstanden.
Das Universitätsklinikum Köln und das Forschungszentrum Jülich haben einen entscheidenden Unterschied in ihrer Biologie . Mithilfe von PET-Scans zeigten sie, dass Super-Ager eine deutlich erhöhte Resistenz gegen Tau- und Amyloid-Proteine . Bis in die letzten Jahre erwies es sich als schwierig, diese Proteine zu untersuchen.
Super-Age-Menschen haben auch geringere Werte an Tau- und Amyloid-Pathologien, was wiederum bei den meisten Menschen im späteren Alter zu verschiedenen Arten von Neurodegeneration führt. Es wurde nun festgestellt, dass eine verringerte Resistenz gegen Tau- und Amyloid-Akkumulation ein primärer biologischer Faktor für den Verlust der höchsten kognitiven Leistungsfähigkeit ist.
Neue Forschungen können sich auf diese Prozesse konzentrieren, um Wege zu finden, den geistigen Verfall im Allgemeinen zu heilen und um bei der Entwicklung von Therapeutika zum Schutz vor bereits auftretenden Demenzformen zu helfen.
Wir hoffen, dass Sie diese neurowissenschaftlichen Highlights interessant fanden. Wenn Sie mehr über die bemerkenswerte Geschwindigkeit des Fortschritts in den Neurowissenschaften erfahren möchten, dann lesen Sie auch unsere Blogs zu den Highlights der letzten drei Jahre.
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