Auf den Rhythmus kommt es an

Auf das Wesentliche konzentrieren - diese Fähigkeit ist entscheidend, um in einer komplexen Umwelt mit unzähligen Sinneseindrücken zurecht zu kommen. Aber wie gelingt es unserem Gehirn, zwischen relevanten und irrelevanten Informationen zu unterscheiden? Dass rhythmische Aktivität im Gehirn dabei eine Rolle spielt, ist seit längerem bekannt. Wissenschaftler vom Deutschen Primatenzentrum – Leibniz-Institut für Primatenforschung und von der Universität Melbourne, Australien, haben Studien zu diesem Thema genauer unter die Lupe genommen. Sie fanden heraus, dass die Kopplung von niedrigeren und höheren Schwingungsfrequenzen für Feinabstimmung im Gehirn sorgt und damit die Grundlage ist für höhere kognitive Funktionen, wie beispielsweise selektive Aufmerksamkeit.

Kein Flackern, kein Rauschen: Wir sehen ein gleichbleibendes Bild unserer Umwelt. Aber dieser Eindruck trügt, unsere Wahrnehmung schwankt mehrmals pro Sekunde zwischen hochpräzisen und unpräzisen Zuständen. Ursache für diese Fluktuationen sind rhythmische elektrische Aktivitäten im Gehirn, die sich zwischen einem und 250 Hertz bewegen. Mit Hilfe dieser unterschiedlichen Frequenzen reguliert das Gehirn, wie Informationen zwischen verschiedenen Hirnregionen übertragen werden. Neurowissenschaftler vom Deutschen Primatenzentrum in Göttingen und der Universität Melbourne, Australien, haben Studien zu diesem Thema kritisch überprüft und daraus abgeleitet, wie das Zusammenspiel der unterschiedlichen Frequenzen grundlegende Wahrnehmungsprozesse im Gehirn steuert.

Frequenzübergreifende Kopplung ermöglicht selektive Aufmerksamkeit

Ein grundlegendes, in allen Hirnregionen beobachtetes Phänomen ist, dass langsame Rhythmen von ungefähr vier bis acht Hertz die Stärke von schnelleren Rhythmen von ungefähr 40 bis 80 Hertz modulieren. Dies nennt man frequenzübergreifende Kopplung. Welche Frequenzpaare gekoppelt sind hängt vom jeweiligen Hirnareal und seiner Funktion ab. In einigen Fällen führt Aufmerksamkeit dazu, dass die Nervenzellen de-synchronisiert werden und so unterschiedliche Informationen weiterleiten können. Dies ist mit einem Orchester vergleichbar, bei dem ein Streichinstrument eine andere Melodie spielt als das restliche Ensemble. In anderen Fällen kann Aufmerksamkeit dazu führen, dass eine große Anzahl von Nervenzellen gleichzeitig aktiviert wird und so bestimmte Informationen besonders betont werden. „Wir gehen davon aus, dass diese beiden Funktionen durch frequenzübergreifende Kopplung der Nervenzellen im Gehirn organisiert werden“, sagt Moein Esghaei, Neurowissenschaftler und einer der Autoren der Studie.

Verschiedene Arten von Informationen unterscheiden

Das gleichzeitige Vorhandensein mehrere Frequenzbänder im Gehirn hilft auch dabei, verschiedene Arten von Informationen, die in derselben Hirnregion ankommen, zu unterscheiden. Zum Beispiel Farbe und Richtung eines Drachenfliegers. „Unser Gehirn leitet Informationen über Farbe und Bewegungsrichtung über verschiedene Frequenzen an höhere Gehirnbereiche weiter. Dies ist vergleichbar mit einem Funkempfänger, der Radiosender anhand unterschiedlicher Frequenzen unterscheidet“, sagt Moein Esghaei.

Neurologische Krankheiten verstehen

„Die rhythmische Aktivität der neuronalen Netzwerke im Gehirn spielt eine entscheidende Rolle bei der visuellen Wahrnehmung bei Menschen und anderen Primaten“, sagt Stefan Treue, Leiter der Abteilung Kognitive Neurowissenschaften am Deutschen Primatenzentrum. „Zu wissen, wie genau diese Aktivitätsmuster interagieren und gesteuert werden, hilft möglicherweise dabei, manche der Wahrnehmungsstörungen zu verstehen die bei neurologischen Erkrankungen wir Legasthenie, ADHS und Schizophrenie auftreten.“

Publikation

Moein Esghaei, Stefan Treue, Trichur R. Vidyasagar (2022): Dynamic coupling of oscillatory neural activity and its roles in visual attention, Trends in Neurosciences.

Weitere Informationen und Kontakt

www.dpz.eu