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Da in der Neurowissenschaft in den letzten Jahren rasantere Durchbrüche erzielt wurden als in jedem anderen Wissenschaftsbereich, hat sich dort viel getan. Hier sind 22 wahrhaft verblüffende neurowissenschaftliche Studien, die unsere Vorstellungen davon, wer wir sind oder wer wir sein könnten, infrage stellen.
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.
Ein Forschungsteam der University of California San Francisco hat erfolgreich eine Methode entwickelt, die auf der Tiefenhirnstimulation (THS) basiert und depressive Symptome gezielt und nur bei deren Auftreten behandelt. Bei der Tiefenhirnstimulation werden Elektroden ins Gehirn implantiert, um elektrische Ströme abzugeben und so die Hirnaktivität zu verändern.
Bisherige Studien zur Behandlung von Depressionen mit DBS hatten nur begrenzten Erfolg, da die Geräte lediglich eine konstante elektrische Stimulation in einem Hirnareal abgeben konnten. Depressionen können jedoch verschiedene Hirnregionen betreffen, und die neuronalen Merkmale einer Depression können unvorhersehbar schwanken.
Mit dem Ziel, quasi einen Schrittmacher für das Gehirn zu entwickeln, entschlüsselten die Wissenschaftler einen neuen neuronalen Biomarker. Dieses spezifische Muster der Hirnaktivität sagt den Beginn von Symptomen zuverlässig voraus. Auf dieser Grundlage entwickelte das Team eine neue DBS-Technologie, die nur dann und dort aktiv wird, wo dieses Muster erkannt wird.
Diese Form der automatischen, bedarfsgesteuerten Therapie ist beeindruckend, da ihre funktionellen Reaktionen sowohl auf das Gehirn des Patienten als auch auf den für die Erkrankung verantwortlichen neuronalen Schaltkreis individuell abgestimmt sind. In einer ersten Studie wurde diese personalisierte DBS-Methode an einem Patienten mit schwerer Depression getestet und erzielte dabei hervorragende Ergebnisse. Die Symptome des Patienten besserten sich nahezu unmittelbar und dieser Zustand hielt langfristig an.
In der COVID-Ära, in der Angstzustände und psychische Probleme immer häufiger auftreten, könnte sich dieser Ansatz als unschätzbare medikamentenfreie Therapie für Hunderte von Millionen Menschen erweisen.
Ähnlich wie bei Lichtwellen können Menschen nur einen relativ kleinen Teil der uns umgebenden Schallwellen wahrnehmen. Typischerweise können wir nur Frequenzen zwischen 20 Hz und 20.000 Hz hören; alles darüber hinaus gilt als Ultraschall. In diesem Frequenzbereich bewegen sich Tiere wie Fledermäuse, und er wird auch bei medizinischen Ultraschalluntersuchungen genutzt.
Eine neue Methode, die auf hochentwickelter Technologie basiert, wurde von Wissenschaftlern der Aalto-Universität entwickelt und hat zu einem Gerät geführt, das Menschen ein Hörvermögen wie Fledermäuse verleiht. Dies umfasst nicht nur die Fähigkeit, Frequenzen weit über 20.000 Hz wahrzunehmen, sondern auch die Richtung und Entfernung von Schallquellen zu bestimmen. Biologen können damit beispielsweise die sonst schwer zu ortenden Fledermäuse im Flug verfolgen und ihre Positionen ermitteln.
Das Gerät funktioniert durch die Aufzeichnung von Ultraschall mithilfe eines kugelförmigen Mikrofonarrays. Dieses erfasst Ultraschallgeräusche und wandelt die Tonhöhe mithilfe eines Computers in hörbare Frequenzen um. Die umgewandelten Schallwellen werden dann in Echtzeit über Kopfhörer wiedergegeben. Die Fähigkeit, normalerweise unhörbare Geräusche wahrzunehmen, könnte wertvolle industrielle Anwendungen ermöglichen, beispielsweise das Aufspüren und Lokalisieren von ansonsten geräuschlosen Gaslecks.
Obwohl die Neurowissenschaften ein relativ junges und schnell wachsendes Wissenschaftsgebiet sind, ist die künstliche Intelligenz (KI) deutlich jünger und entwickelt sich noch rasanter. Das Potenzial der Kombination dieser beiden Wissenschaftsfelder wurde von Forschern am MIT aufgezeigt.
Mithilfe von maschinellem Lernen haben sie entdeckt, dass künstliche neuronale Netze innerhalb weniger Minuten selbstständig das Riechen erlernen können und dabei die olfaktorischen Schaltkreise im Gehirn von Säugetieren nachahmen. Dies ist bahnbrechend, da der verwendete Algorithmus keinerlei Kenntnis von den Millionen Jahren Evolution hatte, die für die biologische Entwicklung des Geruchssinns notwendig waren.
Erstaunlicherweise bildete das künstliche neuronale Netzwerk die biologische Aktivität des Geruchssinns so genau nach, dass sich herausstellte, dass das olfaktorische Netzwerk des Gehirns mathematisch für seine Funktion optimiert ist.
Diese präzise Nachahmung der natürlichen Schaltkreisstruktur im Gehirn durch unabhängiges maschinelles Lernen könnte eine neue Ära einläuten, in der uns KI die innersten Geheimnisse der biologischen Evolution offenbart. Der Geruchssinn bildet 2021 den Ausgangspunkt, doch wer weiß, wohin die Reise noch führen wird…
Forscher der UC San Francisco haben eine neuartige Sprachneuroprothese für Patienten mit Lähmungen entwickelt, die sie am Sprechen hindern. Die Methode wurde erfolgreich an einem Mann mit einer schweren Hirnstammschädigung demonstriert, die zu einer Ganzkörperlähmung führte.
Erstaunlicherweise funktioniert es, indem es sprachbezogene Hirnsignale erkennt, die die Stimmbänder steuern. Beim Sprechen benötigen die Stimmbänder komplexe motorische Anweisungen, um die vielfältigen Laute zu artikulieren, die wir im Gespräch verwenden. Selbst wenn wir uns nicht bewegen können, werden diese Signale weiterhin vom Gehirn gesendet.
Anhand von Hirnaufzeichnungen von Epilepsiepatienten entwickelten die Wissenschaftler eine Methode zur Echtzeit-Dekodierung von Anweisungen an die Stimmmuskulatur in Wörter. Aus diesen neuronalen Mustern konnten sie zuverlässig 50 verschiedene gebräuchliche Wörter erkennen, sobald der Patient sie dachte.
Alles, was dafür nötig war, war, dass der Patient eine hochdichte Elektrodenanordnung trug, um die neuronale Aktivität zu erfassen und aufzuzeichnen. Diese zeichnete Signale des Sprachmotorkortex auf. Dadurch konnten bis zu 18 Wörter pro Minute mit einer Genauigkeit von 93 % übersetzt werden. Der Vorteil für den Patienten bestand darin, dass er einfach so tun musste, als würde er sprechen, und so Hunderte verschiedener Sätze aus dem 50 Wörter umfassenden Wortschatz kommunizieren konnte.
Obwohl dieser Durchbruch scheinbar auf gelähmte Patienten beschränkt ist, erleben wir jede Nacht im Traum eine Art Lähmung (außer beim Schlafwandeln). Bei ausreichender Weiterentwicklung könnte dieser Ansatz beispielsweise den Weg ebnen, unsere Gedanken im Schlaf zu übersetzen!
Technisch als „Hirnorganoide“ bezeichnete Mini-Gehirne können aus induzierten pluripotenten Stammzellen. Diese Stammzellen können aus der Haut oder dem Blut einer Person gewonnen werden und besitzen das Potenzial, sich in jeden beliebigen Zelltyp zu differenzieren. Der Vorteil besteht darin, dass Zellstrukturen, die normalerweise sehr schwer zugänglich sind, prinzipiell gezüchtet und für Forschungszwecke isoliert werden können. Dies ist insbesondere für das Gehirn relevant, allerdings wiesen bisherige Mini-Gehirne nur begrenzte funktionelle Strukturen auf.
Der diesjährige Durchbruch von Wissenschaftlern der UCLA hat die strukturelle Komplexität des Gehirns erheblich gesteigert, indem sie Organoidaggregate zu komplexen dreidimensionalen Hirnstrukturen züchteten. Die Forscher entnahmen Stammzellen von Patienten mit Rett-Syndrom (einer Erkrankung mit Krampfanfällen) und konnten so Mini-Gehirne mit einer funktionellen Aktivität züchten, die der von Teilen des menschlichen Gehirns ähnelt. Dadurch konnten sie sicher und erfolgreich elektrische Aktivitätsmuster beobachten, die dem Beginn von Krampfanfällen ähneln.
Diese Forschung zeigt erstmals, dass sich bestimmte Aspekte der Hirnfunktion im Labor bis hin zur Ebene einzelner lebender Zellen isolieren und untersuchen lassen. Der entscheidende Vorteil besteht darin, dass diese Mini-Gehirne so gezüchtet werden können, dass sie sowohl normale als auch krankhafte Hirnfunktionen nachbilden und Medikamente und Therapien risikofrei für Mensch und Tier testen.
Das menschliche Gehirn ist von enormer Größe, daher gibt es noch klare Grenzen hinsichtlich der Komplexität der Gehirnstrukturen, die untersucht werden können, aber dieses aufstrebende Gebiet der Neurowissenschaften hat eindeutig ein Potenzial wie in Science-Fiction-Filmen.
Angesichts des exponentiellen Wachstums der Rechenleistung in den letzten Jahrzehnten sind Mikrochips jedes Jahr kleiner geworden. Technologieorientierte Neurowissenschaftler der Brown University haben nun einen drahtlosen Computer entwickelt, der so klein ist, dass er mit bloßem Auge kaum zu erkennen ist. Diese sogenannten „Neurograins“ – da sie etwa so groß wie ein Salzkorn sind – wurden entwickelt, um die Hirnaktivität zu erfassen und zu überwachen.
Diese winzigen Computer können die elektrische Aktivität benachbarter Neuronen aufzeichnen und die Daten drahtlos übertragen. Ziel war die Entwicklung eines neuartigen Gehirn-Computer-Interfaces (BCI), bei dem ein Netzwerk dieser Mini-Sensoren gemeinsam relevante Aspekte der Gehirnaktivität erfasst und die Informationen an einen nahegelegenen Hub sendet.
In einem Machbarkeitsnachweis setzten die Forscher ein Netzwerk ein, um die neuronale Aktivität eines Nagetiers mit bisher unerreichter Genauigkeit aufzuzeichnen. Diese Aufzeichnung von Hirnsignalen in beispielloser Detailgenauigkeit befindet sich zwar noch in der Entwicklung, doch der technologische Durchbruch birgt großes Potenzial, Hirnwellen ohne körperliche Anstrengung in nützliche Handlungen im Alltag umzuwandeln.
In diesem Jahr wurde eine neuartige Mikroelektrodenanordnung eingesetzt, um mithilfe einer Sehprothese eine Form des künstlichen Sehens zu erzeugen. Wissenschaftler der Universität Utah am John A. Moran Eye Center entwickelten das Gerät, um neuronale Aktivität im visuellen Kortex aufzuzeichnen und zu stimulieren.
Das im Auge implantierte System empfängt visuelle Informationen über eine Brille mit einer kleinen Videokamera. Die Daten werden von einer speziellen Software verarbeitet. Das Gerät aktiviert dann die Netzhautneuronen, die Phosphene erzeugen, ähnlich wie Lichtpunkte. Dadurch können einfache Linien und Formen vom Gehirn wahrgenommen werden.
Diese Methode wurde an einem vollständig blinden Patienten getestet und erwies sich als wirksam. Es traten keine Komplikationen im Zusammenhang mit dem Eingriff oder der neuronalen Stimulation auf. In diesem ersten Test wurde lediglich ein einzelnes Array verwendet. Das nächste Ziel ist jedoch der Einsatz von 7 bis 10 Arrays, um detailliertere Bilder zu erzeugen, die es blinden Menschen ermöglichen, sich visuell in ihrer Umgebung zu orientieren.
Forscher der Northwestern University haben eine neue Klasse von „tanzenden Molekülen“ eingesetzt, um Gewebe bei schweren Rückenmarksverletzungen zu reparieren und Lähmungen erfolgreich rückgängig zu machen. Der Begriff „tanzende Moleküle“ beruht darauf, die Bewegung dieser Moleküle so zu manipulieren, dass sie sich in normalerweise unerreichbare Zellrezeptoren hineinschleichen können, um diese zur Reparatur von Nervengewebe anzuregen.
Diese scheinbar magischen Moleküle wirken, indem sie eine Signalkaskade auslösen, die die Regeneration von Axonen anregt und Neuronen nach Verletzungen beim Überleben hilft, indem sie die Bildung verschiedener neuer Zelltypen fördert. Dies wiederum unterstützt das Nachwachsen verlorener Blutgefäße, das für die Zellheilung notwendig ist.
Tests an Mäusen zeigten, dass bereits eine einzige Injektion der molekularen Therapie dazu führte, dass die gelähmten Mäuse innerhalb von vier Wochen wieder laufen konnten. Praktischerweise werden die Substanzen zwölf Wochen später (also weit nach vollständiger Genesung) ohne Nebenwirkungen in Nährstoffe für die Zellen abgebaut und verschwinden so auf natürliche Weise aus dem Körper.
Virtuelle Realität (VR) wird von Psychophysikern seit Jahrzehnten genutzt, um zu erforschen, wie wir Sinnesinformationen wahrnehmen. In diesem Jahr entwickelten Forscher der Universität Basel, der ältesten Universität der Schweiz, eine VR-Anwendung zur Behandlung von Höhenangst.
Die EasyheightsTherapie steigert die sensorische Wahrnehmung der Höhe, ohne dabei die Höhenangst zu verstärken.
Eine klinische Studie belegte die Wirksamkeit dieser immersiven Therapieform und führte zu einer signifikanten Reduktion der Höhenangst in realen Situationen. Bereits nach vier Stunden Training zu Hause waren positive Effekte spürbar. Diese Entdeckung zeigt, wie die Kombination neurowissenschaftlicher Erkenntnisse mit modernen Technologien die Lebensqualität von Menschen auf leicht zugängliche Weise klinisch verbessern kann.
Während wir hier sprechen, bauen Neurowissenschaftler am Max-Planck- Institut für evolutionäre Anthropologie buchstäblich „Miniaturgehirne“, die genetisch mit verschiedenen Varianten von Neandertaler-DNA ausgestattet sind. Mithilfe der zukunftsweisenden Biotechnologie CRISPRdiese linsengroßen Minigehirne Ansammlungen lebender Neuronen enthalten, die aus Stammzellen gezüchtet werden und echte Hirnaktivität zeigen.
Obwohl sie zu klein sein werden, um komplexe Verhaltensweisen wie Kommunikation zu erfassen, wird erwartet, dass sie Unterschiede in der grundlegenden Hirnaktivität aufzeigen, die Neandertaler möglicherweise besaßen. Auf diese Weise liefert die Genetik der Neurowissenschaft eine Art historisches Teleskop, das ihr einen Einblick in die Funktionsweise urzeitlicher Gehirne ermöglicht. All dies anhand von DNA, die in Knochenfragmenten über Zehntausende von Jahren erhalten geblieben ist.
Und wer glaubt, es handle sich um etwas so Simples wie ein paar Zellen in einer Petrischale … der irrt sich gewaltig. Deutsche Forscher planen, die Mini-Gehirne der Neandertaler mit Robotern zu verbinden, um deren Verhalten zu beobachten. Noch ambitionierter als die Handlung eines futuristischen Science-Fiction-Films – sollte das Projekt gelingen, sind die Möglichkeiten der kommenden Jahre schier unvorstellbar – Neandertaler-Roboter als Hausmädchen, wer hätte das gedacht?!
Eine der größten Herausforderungen für Neurowissenschaftler besteht darin, lebende Gehirne zu untersuchen. Selbst bei Gehirnen, die erst kürzlich verstorben sind, zersetzen sich die Neuronen innerhalb weniger Stunden nach dem Tod rasant. Um diese Herausforderung zu meistern, entwickelten ambitionierte Neurowissenschaftler der Yale University das wegweisende Biotechnologie-System BrainEx. Dieses Hightech-System soll Gehirnzellen am Leben erhalten, ähnlich wie Haare und Fingernägel nach dem Tod weiterwachsen.
Um die Technologie zu testen, nutzten die Forscher BrainEx, um die synaptische Aktivität und die Durchblutung eines vier Stunden toten Schweinehirns wiederherzustellen. Das Gehirn war dem Schwein entnommen und mit einer künstlichen Blutversorgung unter Verwendung einer firmeneigenen Mischung aus Schutz-, Stabilisierungs- und Kontrastmitteln wiederbelebt worden. Dies geschah kurz bevor die Zerstörung zellulärer und molekularer Funktionen einsetzte. Die Abbildung unten zeigt den Unterschied zwischen einem sich normalerweise zersetzenden Schweinehirn 10 Stunden nach dem Tod (links) und gesund aussehenden Zellen im wiederbelebten Schweinehirn (rechts).
Und nun kommt der Zombie-Teil. Obwohl die Neuronen aktiv blieben, gab es keine höheren kognitiven Funktionen in den Hirnschaltkreisen – sie waren also gleichzeitig lebendig und tot. Dieser Umschwung von einer Frankenstein-artigen Fiktion zur Realität zeigt, wie die Neurowissenschaften große ethische Fragen von der Philosophie in die Praxis übertragen können.
Die Biotechnologie beschränkt sich jedoch nicht auf Zombie-Schweine; prinzipiell funktioniert sie mit allen Arten von Säugetiergehirnen – auch mit menschlichen! Der Durchbruch birgt ein enormes Potenzial, unser Verständnis der Funktionsweise unseres eigenen Gehirns zu erweitern. Gleichzeitig scheint er der Wiederbelebung von Toten beunruhigend nahe zu kommen.
Erfreulicherweise wurde 2019 auch ein Computersystem entwickelt, das Hirnaktivität in synthetische Sprache umwandelt. Es dekodiert die Bewegungen der am Sprechen beteiligten Muskeln anhand von Nervenimpulsen, die mittels elektrophysiologischer Aktivität analysiert werden. Die Ergebnisse eines Experiments an der University of California, San Francisco, zeigten, dass ein Prototyp Sprache anhand von Muskel-Nervensignalen erfolgreich interpretieren konnte, sofern langsam gesprochen wurde.
zu verbessern natürliche Sprechgeschwindigkeiten. Das ist bereits bemerkenswert, wenn man bedenkt, dass lediglich Hirnsignale gemessen werden. Hier ist ein Video, das veranschaulicht, wie Aktivitätsmuster des somatosensorischen Kortex des Sprechers, die in Bewegungen des Vokaltraktes dekodiert werden, als Sprache interpretiert werden können.
Viele Wissenschaftler haben bereits versucht, dieses Problem zu lösen, sind aber gescheitert. Diese Forscher verfolgten einen neuen Ansatz, indem sie Modelle der künstlichen Intelligenz (KI) zur Simulation des Vokaltrakts entwickelten. Die KI lernte quasi selbstständig anhand einer Bibliothek von Sprachdaten und trainierte ihre neuronalen Netze, um Sprache aus Stimmbewegungen zu entschlüsseln. Diese Entwicklungen könnten wichtige Schritte zur Simulation menschlicher Biologie in Computerprogrammen für Forschungszwecke darstellen.
Aus medizinischer Sicht können viele Patienten mit Hals- oder neurologischen Erkrankungen, wie beispielsweise Schlaganfall oder Lähmung, ihre Sprechfähigkeit vollständig verlieren. Diese Neurotechnologie, kombiniert mit einem Smartphone, könnte es Stimmlosen ermöglichen, im Alltag in Echtzeit normal zu sprechen, indem sie einfach an das Sprechen denken.
Da die simulierte Stimme jedoch nur die Aktivität eines kleinen Hirnareals erfasst und die Sprache an praktisch jeden Computer gesendet werden kann, könnte potenziell jeder unbemerkt und verdeckt mit jedem kommunizieren, der ein Smartphone und Kopfhörer besitzt. Da dieses System bidirektional funktionieren könnte, stellt es eine buchstäbliche neurotechnologische Lösung für menschliche Telepathie dar. Die Möglichkeiten sind grenzenlos.
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.
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