Gehirn-Vorbild verspricht bessere Hörgeräte

Neue Algorithmen sollen Tricks des menschlichen Hörens nachahmen

Hörgerät: Forscher verbessern Leistung erheblich
(Foto: Hans Snoek, pixelio.de)

Southampton (pte003/08.03.2013/06:10) - Forscher in Groß­britannien wollen Hörgeräte ermöglichen, die Sprache besser von Umgebungslärm unterscheiden und somit gezielt hervorheben können. Dazu sollen neue Algorithmen das Hören im menschlichen Gehirn nachahmen. "Wir wollen endlich den Durchbruch schaffen zu verstehen, wie Neuronen im Hirnstamm die Signale - Sprache und Geräusch - abbilden und trennen", erklärt Stefan Bleeck vom Institute of Sound and Vibration Research an der University of Southampton gegenüber pressetext. Denn das Prinzip mit Algorithmen nachzubilden könnte viel mehr bringen als heutige Ansätze.

Hörgeräte brauchen Hilfe

Klassische Hörgeräte sind für Träger oft nur mäßig nützlich, da sie jedes Geräusch gleich verstärken und so beispielsweise das Verstehen von Sprache schwer machen. Inzwischen gibt es zwar technologische Ansätze, die Abhilfe schaffen sollen, doch sie können das nur bedingt. "Die beste Möglichkeit, das Signal-Rausch-Verhältnis zu verbessern, sind Richtungsmikrofone", sagt Bleeck. Denn sie bringen bis zu 15 Dezibel Gewinn an Lautstärke. Doch verstärken sie eigentlich nicht nur die Sprache. "Der große Effekt kommt davon, dass der Träger den Kopf zur Quelle hindrehen kann", betont der Forscher.

Andere Premium-Features von Hörgeräten wie beispielsweise digitale Rauschunterdrückung wiederum haben Bleeck zufolge das Problem, dass die Anwender oft nicht wissen, wie sie diese überhaupt aktivieren oder optimal einstellen. Außerdem verbessern sie die Sprachqualität, aber nicht deren eigentliche Erkennung. "Das ist natürlich wichtig und dient einem höheren Komfort, aber Sprache ist nicht wirklich leichter zu verstehen", meint der Experte. Genau hier soll der neue Ansatz einen wesentlichen Vorteil bringen, weil er wirklich gesprochenes Wort und Umgebungsgeräusch trennt - wie das Gehirn, wenn es Lärm praktisch ausblendet.

Neuronen als Vorbild

Das Team, dem auch Forscher der Universität Cambridge angehören, nehmen an, dass das Gehirn beim Hören eine Form des "Sparse Coding" nutzt, bei dem relativ wenige Neuronen stark aktiv sind, um Signal - also relevante Klänge wie Sprache - und Rauschen zu trennen. Sie wollen den genauen Mechanismus in einzelnen Neuronen erforschen, um dann neue Algorithmen für die Signalverarbeitung zu entwickeln, die Sprache und Umgebungsgeräusche komplett trennen. "Dann können wir den Ton in Hörgeräten neu mischen, mit reduziertem Rauschen, aber intakter Qualität, um die Verständlichkeit der Sprache zu verbessern", hofft Bleeck.

Noch ist es aber zu früh, die möglichen Verbesserungen durch den Ansatz zu quantifizieren. Das Team hat aktuell eine Finanzierung vom Engineering and Physical Sciences Research Council erhalten, die erst wirkliche Detailarbeit erlaubt. "Wir haben dabei zum ersten Mal eine sehr enge Verknüpfung von Neurowissenschaften und Signalverarbeitung", betont der Forscher. Wenn alles gut geht, soll der Ansatz aber innerhalb von fünf Jahren in Hörgeräten zum Einsatz kommen. Interesse seitens Geräteherstellern besteht jedenfalls, Siemens ist ein Partner bei dem Projekt.

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Facebook-Beiträge bleiben länger im Gedächtnis

Gesichter und Bücherzeilen haben gegenüber Postings keine Chance

Social Network: Beiträge bleiben im Gedächtnis
(Foto: pixelio.de/Gerd Altmann)

Warwick/Fürstengraben (pte014/18.01.2013/13:25) - Menschen neigen eher dazu, sich an Beiträge in sozialen Netzwerken als an andere Gesichter oder kurze Inhalte von Büchern zu erinnern. Zu diesem Schluss kommt eine Psychologiestudie der University of Warwick, die an 32 Versuchsteilnehmern durchgeführt wurde. Experten sehen den Hauptgrund für dieses Phänomen in den im Gegensatz zu anspruchsvollen Werken sprachlich einfachen Postings.

Emotionale Ebene wichtig

Neben 200 aus dem Kontext gerissenen Facebook-Status-Updates wurden den 32 Versuchsteilnehmern Ausschnitte aus 200 Büchern verschiedener Gattungen jeweils kurz auf einem Bildschirm präsentiert. Anschließend wurden die Probanden dazu aufgefordert zu entscheiden, ob die Abschnitte während des Experiments zum ersten oder bereits zum zweiten Mal gezeigt wurden.

"Zum einen spielt eine wichtige Rolle, ob man sich durch ein Bild oder einen Inhalt emotional angesprochen fühlt und etwas damit verbinden kann. Zum anderen kann die Merkfähigkeit positiv beeinflusst werden, wenn man sich mit einer Information beschäftigt, indem man sie mehrmals in Gedanken durchgeht", so Melanie Steffens, Professorin für Psychologie an der Friedrich-Schiller-Universität Jena im Gespräch mit pressetext. Auch die Aufmerksamkeit, welche man einer Sache schenke, sei ein wichtiges Kriterium.

Schlüsselfaktor sprachliche Unterschiede

Den Ergebnissen der Studie zufolge ist die Wahrscheinlichkeit, sich einen Facebook-Beitrag einzuprägen, eineinhalb Mal größer als jene, sich an Zeilen aus einem Buch zu erinnern. Bei einem zweiten Versuch wurden den Testpersonen statt Buchausschnitten fremde Gesichter gezeigt. Hier waren die Ergebnisse noch alarmierender: Es ist zweieinhalb Mal wahrscheinlicher sich ein Facebook-Posting zu merken als ein Gesicht.

Laut Versuchsleiterin Laura Mickes sind die Ausmaße der Informationslücken vergleichbar mit den Unterschieden zwischen gesunden Menschen und Personen, die unter Amnesie leiden. Darüber hinaus seien Facebook-Updates nicht nur leicht zu erstellen, sondern aufgrund ihrer guten Verständlichkeit auch leicht einprägsam. Diese Erkenntnis kann dazu genutzt werden, Lehrmittel zu vereinfachen oder Werbung anzupassen.

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IBM: Computer in fünf Jahren mit fünf Sinnen

Kognitive Systeme werden fühlen, sehen, hören, schmecken und riechen

Viele Sensoren lassen Computer bald riechen
und schmecken (Foto: IBM Research)

Armonk (pte015/17.12.2012/11:45) - IBM hat heute, Montag, zum siebten Mal seine "5 in 5" veröffentlicht - fünf Vorhersagen, welche innovativen Technologien innerhalb von fünf Jahren allgegenwärtig werden. Dieses Jahr stehen dabei die fünf Sinne im Mittelpunkt. So erwartet der Konzern, dass haptische Technologien nicht nur virtuelle Objekte fühlbar machen, Computer in einigen Jahren wirklich Information in Bildern sehen und trotz Umgebungs­geräuschen wichtige Dinge hören können. Auch schmecken und riechen sollen gängige Funktionen werden.

"Genau wie das menschliche Gehirn über verschiedene Sinne mit der Welt interagiert, werden kognitive Systeme durch Kombination dieser Entwicklungen größeren Wert und Einsichten bedeuten", ist Bernie Meyerson, IBM VP of Innovation, überzeugt. Ob das stimmt, muss sich erst weisen. In der Vergangenheit hatte IBM mit seinen Vorhersagen nicht immer Glück, aber auch einige Volltreffer. So orakelte der Konzern 2007, dass das Handy "Geldbörse, Ticketmakler, Concierge, Bank, Einkaufshelfer und mehr" sein würde.

Sinne und Sinneseindrücke

Schon jetzt arbeiten Unternehmen wie HiWave und Tactus Technology an taktilem Feedback für Touchscreens, zudem gibt es Projekte, virtuelle Objekte beispielsweise aus MMOs fühlbar zu machen. Solche Technologien sind laut IBM in fünf Jahren nicht nur gängig, sondern wirklich ausgereift. So soll es dann beispielsweise Online-Shoppern möglich sein, das Material von Kleidungsstücken am Bildschirm zu fühlen. Möglich machen sollen das unter anderem Vibrationsmuster, womit beim Tastsinn vor allem Eindrücke für den User im Mittelpunkt stehen.

Ganz anders ist das beim Sehen und Hören, wo wirklich die Sinne der Computer heranreifen. IBM erwartet, dass Bilderkennungssysteme nicht nur Inhalte erkennen, sondern diese auch zunehmend wie Menschen interpretieren können - beispielsweise, um die bildgebende Diagnostik in der Medizin zu unterstützen. Ebenso geht der Konzern davon aus, dass Systeme in fünf Jahren blendend hören werden. So werde es möglich sein, aus einem breiten Geräuschspektrum wesentliche Informationen - etwa Gefahrenhinweise - herauszufiltern. Ausgereifte Systeme sollen sogar in der Lage sein, "Babysprache" zu verstehen und zu erkennen, was ein Kleinstkind kommunizieren will.

Computer lassen besser essen

Was den Geschmackssinn betrifft, arbeiten IBM-Forscher an einem System, das nicht nur selbst Geschmäcker erkennt. Es soll auch gleich neue, für Menschen ansprechende Kombinationen entwickeln und so nach Möglichkeit gesunde Gemüse-Gerichte begehrenswerter schmecken lassen als Chips oder Schokolade. Beim eng verwandten Geruchssinn dagegen ortet IBM insbesondere Potenzial darin, dass Computer Warnsignale erkennen können - ob nun für bestimmte Krankheiten charakteristische Körpergerüche oder Zeichen von Luftverschmutzung in städtischen Gebieten.

Letztere Vorhersage scheint durchaus realistisch, gibt es doch schon eine sehr empfindliche Nanotech-Hundenase (pressetext berichtete: http://pressetext.com/news/20121122028) - ob freilich alles eintrifft, ist fraglich. In der Vergangenheit lag IBMs mit seinen 5-in-5-Vorhersagen teils sehr gut, beispielsweise mit der 2007 vorhergesagten größeren Verbreitung von Fahrerassistenzsystemen in Autos oder dem in der ersten Auflage 2006 erwarteten Trend zum breiteren Einsatz von Telemedizin. Es gab aber auch Fehleinschätzungen - das damals in Aussicht gestellte verbreitete 3D-Internet lässt nach dem Abklingen des Second-Life-Hypes doch etwas länger auf sich warten.

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Hoher Blutdruck lässt Gehirn frühzeitig altern

Auch bei 30-Jährigen kann es zu Gedächtnisverlust kommen

Blutdruck messen: Hypertonie greift Gehirn an
(Foto: pixelio.de, D. Schütz)

Davis/Heidelberg (pte003/07.11.2012/06:10) - Ein nur leicht erhöhter Blutdruck lässt das menschliche Gehirn altern, was zu Gedächtnisproblemen und folglich zu Demenz und Alzheimer führen kann. Das hat eine aktuelle Untersuchung der University of California Davis ergeben. Ein Blutdruck, der über dem optimalen Wert von 120/80 liegt, stellt in den meisten Fällen bereits eine Gefährdung dar. Selbst Menschen ab 30 sind laut den Experten von den negativen Effekten betroffen.

Risiko bei jedem Zweiten ab 60

Für die Erhebung wurden Gehirn-Scans von rund 600 Personen zwischen 30 und 40 Jahren gemacht, die in drei Gruppen, bestehend aus hypertensiven, prehypertensiven sowie Menschen mit normalem Blutdruck, geteilt wurden. Experten nehmen an, dass durch Bluthochdruck eine Versteifung oder Verhärtung der Arterien verursacht wird und somit die Blut- und Sauerstoffzufuhr zum Gehirn behindert.

Die Gehirn-Scans der 30-Jährigen mit hohem Blutdruck waren ähnlich deren der 40-Jährigen mit normalem Blutdruck. "Hypertonie kann nicht nur zu Gedächtnisverlust führen, sondern birgt auch Gefahren wie Schlaganfall, wobei es zu Mikroangiopathie, Gefäßverschluss oder Gefäßzerreißung kommen kann, sowie Herzinfarkt, Nierenerkrankungen oder Gefäßschädigungen", so Joachim Leiblein, Geschäftsführer der Deutschen Hochdruckliga, gegenüber pressetext. Laut dem Experten ist Schätzungen zufolge jeder Zweite ab 60 von Bluthochdruck betroffen.

Mehrere Risikofaktoren spielen mit

Dass es bei Betroffenen von Hypertonie zu Gedächtnisverlusten kommt, hängt laut dem Fachmann von einer Vielzahl von Risikofaktoren wie Gefäßschädigungen im Gehirn, übermäßiger Alkohol- und Zigarettenkonsum sowie falscher Ernährung ab.

Maßnahmen zur Prävention beziehungsweise zur Regulierung des Bluthochdrucks können einerseits medikamentös und andererseits auch durch ein aktives Vorgehen der Betroffenen sein. "Menschen sollten zum einen bei Übergewicht abbauen und das Körpergewicht normalisieren, da dadurch der Bluthochdruck gesenkt wird", erklärt Leiblein. Bewegung, Ernährung und vor allem Stressabbau helfen den Gefahren der Hypertonie entgegenzuwirken.

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Partydroge führt zu permanentem Gedächtnisverlust

Mephedron bewirkt langzeitige Schäden im Gehirn

Mephedron: gibt es in Pillen- oder Pulverform
(Foto: pixelio.de, C. Hautumm)

Sydney/Wien (pte002/24.09.2012/06:05) - Wissenschaftler der Universität Sydney haben herausgefunden, dass die weltweit beliebte Trend­droge Mephedron, auch "Miau" genannt, stark süchtig macht und die Konsumenten zu einem exzessiven Gebrauch tendieren. Die Langzeit­wirkungen waren bislang noch unbekannt, doch Tests an Mäusen haben nun ergeben, dass hohe Dosen der Droge zu schweren Beschädigungen des Gehirns und des Gedächtnisses führen.

Aufputschende Wirkung

Mephedron hat einen sofortigen Effekt auf das Gehirn, der sich wie ein Mix aus Ectasy und Methamphetamin auswirkt. "Die Wirkungen auf den Körper sind jedoch nicht klinisch erforscht, sondern ergeben sich aus den Informationen der Konsumenten", erklärt Roland Reithofer, Geschäftsführer der Drogen-Beratungsstelle Suchthilfe Wien, im pressetext-Interview. Mephedron wirke dabei stimulierend, gefühlsverstärkend und anstrebend. Des Weiteren hätten die Konsumenten das subjektive Gefühl geistiger Klarheit.

Die negativen Effekte der Partydroge sind vielfältig. Dabei entsteht unter anderem eine als unangenehm empfundene Hyperaktivität, Herzrasen, Paranoia oder ein Hautausschlag. Besonders hoch ist das Craving-Bedürfnis bei Miau. "Konsumenten verspüren einen unangenehmen starken Drang zum Nachlegen der Droge", erklärt der Drogenberater.

Rückgang des Konsums in Wien

Auch Wien ist von der Drogenwelle nicht ausgespart worden. "Im Jahr 2011 wurden zehn Prozent aller Beratungsgespräche über Mephedron geführt", sagt Reihofer. Mittlerweile ließe sich jedoch eine Abnahme in der österreichischen Hauptstadt feststellen. Da Mephedron auch selten in seiner Reinform konsumiert wird, lassen sich Statistiken über Todesopfer in Wien nicht bestätigen. Hilfestellung bei Drogenproblemen leistet unter anderem die Beratungsstelle Checkit in Wien.

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Forscher arbeitet an Genie-Kappe

Hirnstimulation mit Gleichstrom soll Leistung verbessern

Gehirn: Formen des elektrischen Dopings untersucht
(Foto: Flickr/Sandberg)

Sydney (pte002/24.07.2012/06:05) - Wissenschaftler Allan Snyder von der University of Sydney glaubt, dass durch Stimulation des Gehirns mit schwachen Strömen eine vorübergehende Verbesserung der kognitiven Fähigkeiten erreicht werden kann. Seine jüngste Veröffentlichung im Fachjournal "Neuroscience Letters" postuliert, dass Menschen durch elektrische Stimulation bessere Ergebnisse beim Lösen schwieriger Probleme erzielen.

Zur Untermauerung liefert Snyder auch gleich einen entsprechenden Versuch mit. Experten sind skeptisch, was die Verbesserung der Denkleistung durch Elektromagnetismus angeht. Trotzdem arbeitet Snyder weiter an seinem ehrgeizigen Ziel: Der Kreativitäts-Haube.

Künstlicher Autismus

"Es gibt eine ganze Reihe von Untersuchungen zur Hirnstimulation mit Strom. Erwiesen ist bislang aber nichts. Die Versuchsanordnungen sind oft einfach, bei fünf Durchgängen kommt da immer was raus. Die Ergebnisse lassen sich gut veröffentlichen, es handelt sich um das aktuelle Modethema der Neurowissenschaftler, genau wie Hirnstimulation durch klassische Musik in der Vorgeneration. Zielführend ist das nicht", sagt Thomas Grüter, Autor des Buches "Klüger als wir? Auf dem Weg zur Hyperintelligenz" (siehe: http://pressetext.com/news/20111129005).

Snyder glaubt, dass er Elektroden, die mit Schwämmen auf der Kopfhaut aufliegen, gezielt Hirnregionen beeinflussen und so den "inneren Savant" im Menschen zum Vorschein bringen kann. Savants besitzen aufgrund von Fehlbildungen wie Autismus oder Unfällen eine veränderte Hirnstruktur, die zu Inselbegabungen führt. Berühmtestes Beispiel ist Dustin Hoffmans Rolle im Film "Rain Man".

Laut Snyder rühren die kognitiven Höchstleistungen von Savants daher, dass sie Zugang zu ungefilterter Information haben, die bei normalen Menschen nicht im Bewusstsein ankommt. Er ist überzeugt davon, dass seine Methode Menschen kurzfristig eine Leistungssteigerung bescheren kann.

Umstrittene Ergebnisse

"Diese Theorie halte ich für abwegig. Abweichungen in der Hirnstruktur können unmöglich mit kleinen Strömen rekonstruiert werden", so Grüter. Snyder hat in einem Versuch eine Gruppe von Menschen mit dem Neun-Punkte-Problem konfrontiert. Keiner der Probanden konnte es lösen. Danach teilte er die Versuchs­personen in zwei eine Kontrollgruppe und eine Stimulanzgruppe ein. 40 Prozent der elektrisch behandelten Personen konnten das Problem lösen, während die Kontrollgruppe immer noch geschlossen scheiterte. "Ich halte diesen Versuchsaufbau für wenig aussagekräftig", sagt Grüter.

In früheren Versuchen will Snyder auch eine Verbesserung der Leistung seiner Probanden beim Lösen anderer Denksportaufgaben festgestellt haben. Die Reproduktion von Snyders Ergebnissen ist bisher oft nur in statistisch nicht aussagekräftigem Ausmaß oder überhaupt nicht gelungen. Trotzdem glaubt er, dass schon in wenigen Jahren eine "Kreativitätshaube" verfügbar sein wird.

"Selbst wenn eine Wirkung auf die Fähigkeit zur Lösung des Neun-Punkte-Problems nachweisbar wäre, ist die Übertragbarkeit sehr umstritten. Im Alltag nutzt das dann herzlich wenig. Dass ein solches Gerät auf den Markt kommt, bezweifle ich nicht. Eine Wirkung wird aber wohl nicht nachweisbar sein", erklärt Grüter.

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Bienen können Gehirnalterung rückgängig machen

Gesteigerte Lernfähigkeit durch Übernahme sozialer Aktivitäten

Bienen: sollen über Menschenhirn Auskunft geben
(Foto: pixelio.de/Dumat)

Aas/Wien/Hamburg (pte001/06.07.2012/06:00) - Betagte Honigbienen können ihrem Gehirn eine Art "Verjüngungskur" verpassen: Übernehmen sie soziale Aufgaben im Bienenstock, die gewöhnlich jüngere Artgenossen erledigen, werden sie dadurch lern­fähiger und verändern ihre grauen Zellen auf Molekül­ebene. Das berichten Forscher von der Norwegian University of Life Sciences mit US-Kollegen in der Zeitschrift "Experimental Gerontology". Vielleicht fördern auch beim Menschen ähnliche Interventionen die geistige Frische bis ins hohe Alter, hoffen die Wissenschaftler.

Ältere Babysitter

Im Experiment entfernten die Forscher alle Ammenbienen aus einem Bienennest und ließen die Königinnen allein bei den Bienenlarven zurück. Nachdem die Sammelbienen, die älter sind als die Ammen, von ihrer Arbeit zurückgekommen waren, organisierte sich der Stock binnen kurzem neu: Einige Sammelbienen machten sich wieder auf Nahrungssuche, die anderen blieben im Nest und kümmerten sich um den Nachwuchs.

Nach zehn Tagen übertrafen die neuen "Babysitter" ihre gleichsemestrigen Kollegen in der Lernfähigkeit signi­fikant. Eine Untersuchung des Gehirns zeigte zudem, dass nur sie das Protein Prx6 gebildet hatten, das auch bei Menschen in einigen Organen Zellen vor Beschädigung durch Stress schützt, sowie ein zweites Begleiterprotein. Forschungsleiter Gro Amdam vermutet, dass beide Eiweiße eine Spontanreaktion auf spezifische Anforderungen durch neue soziale Erfahrungen sind, für die es auch beim Menschen Pendants geben könnte.

Aktiv gegen den Gehirntod

"Während ein monotones Leben ohne Herausforderungen oder Krankheiten wie Depressionen das Gehirn auf Sparflamme laufen lässt, hält Neugier anpassungsfähig", erklärt Katharina Pils, Präsidentin der Österreichischen Gesellschaft für Geriatrie und Gerontologie, gegenüber pressetext. Beispiele liefern hochbetagte Dirigenten oder Schauspieler, die bei der Übernahme von stets neuen Rollen länger aktiv bleiben. Aus dieser Perspektive sei die Verlängerung des Arbeitslebens ebenso sinnvoll wie ein Berufswechsel alle sieben Jahre oder eine verantwortungsvolle Tätigkeit im Ehrenamt.

Menschen sind nicht Bienen

"Stoffwechselaktivität und Funktionstüchtigkeit des gesunden, alternden Gehirns hängen auch beim Menschen zusammen", bestätigt die Altersforscherin Jennifer Anders von der Geriatrischen Klink im Albertinen-Haus im pressetext-Interview. Dabei ist jedoch zu beachten, dass das Gehirn älterer Menschen andere Prioritäten hat: Statt dem Lernen neuer Inhalte spezialisiert es sich vor allem auf das Problemlösen und Vermitteln.

Die Brutpflege der Bienen ist laut Anders eine große Herausforderung, da der Drang zum Arterhalt in der Natur die Maximalressourcen mobilisiert. "Beim Menschen ist er vielleicht mit dem Elternwerden vergleichbar, nicht jedoch mit dem gelegentlichen, gemeinsamen Spiel von Oma und Enkel. Bienen werden zudem nicht im selben Maße wie Menschen hochaltrig und das Individuum hat gegenüber dem Wohl des Bienenstockes kaum Bedeutung."

Demenz erfordert Stabilität

Menschen unterscheiden sich auch darin, dass die Erfahrung und Kreativität des Einzelnen ebenso wichtig ist wie die stoffliche Erbinformation, die Gene. Bis weitere Untersuchungen die Übertragbarkeit der Ergebnisse auf Menschen klären, bleibt der Rat, sich im Alter neue körperliche und geistige Herausforderungen zu suchen. Davon ausgenommen sind ältere Menschen, deren Gehirn durch schwere Erkrankungen wie Demenzen dauerhaft geschädigt ist, betont Anders. "Diese brauchen eine stabilisierende, ruhige Umgebung."

Link zur Studie: http://sciencedirect.com/science/article/pii/S0531556512001258

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Klavierspielen lässt graue Gehirnzellen wachsen

Geschicklichkeit schon nach zehnmal Üben verbessert

Klavierüben: gut für das Gehirn
(Foto: Flickr/Kim)

Mailand/Prag/Dresden (pte001/13.06.2012/06:00) - Schon zwei Wochen regelmäßiges Klavierüben reichen, um der grauen Substanz im Gehirn einen Entwicklungsschub zu verpassen: Beide Gehirnhälften arbeiten besser zusammen und die Geschicklichkeit steigt, berichten italienische Forscher auf dem Europäischen Neurologenkongress in Prag. "Zehn Tage fachgeleitetes Fingerüben am Klavier lösen bereits Veränderungen der kortikalen Plastizität aus", sagt Studienleiterin Elise Houdayer vom Krankenhaus San Raffaele in Mailand.

Lernen durch Aufgaben

Unser Gehirn ist "neuroplastisch" und wächst mit Herausforderungen: Selbsttätig gestaltet es sich so um, dass seine Struktur und Organisation den jeweiligen Anforderungen am besten entspricht. Häufig genutzte Gehirnregionen vernetzen sich dabei besser, während Ressourcen von weniger genutzten Bereichen abgezogen werden. Wie die italienischen Forscher nun zeigen konnten, sind Musikübungen ein besonders wirksamer Katalysator, um die Selbstoptimierung bestimmter Gehirnleistungen anzuregen.

Stärkung der schwachen Hand

Zwölf Testpersonen ohne musikalische Vorerfahrung trainierten dazu 35 Minuten pro Tag ihre beidhändige Fingergeläufigkeit auf einem Keyboard. Tests der Bewegungsfunktion vor und nach zwei Übungswochen zeigten, dass die Probanden besonders in ihrer "schwachen" Hand motorisch geschickter wurden - Rechtshänder etwa in der linken Hand. Zudem deuten Bildgebungen (EEG und TMS) darauf, dass die Gehirnhälften in Folge besser kooperierten. Laut Houdayer dürften dieselben plastischen Änderungen in der Großhirnrinde auftreten, die man von Berufsmusikern kennt.

Mailänder Kollegen um Massimo Filippi liefern einen ähnlichen Nachweis: Ihre ebenfalls musikalisch unerfahrenen Testpersonen wurden geschickter und vergrößerten die graue (nicht aber die weiße) Substanz des Gehirns, indem sie in zehn Sitzungen Tonfolgen auf einer Tastatur mit vorgegebenen Rhythmen nachspielten. Wie die Forscher nachweisen konnten, fiel der Gehirnumbau und Lerneffekt bei jenen am stärksten aus, denen man die komplizierteste Aufgabe gestellt hatte.

Zusätzliche Gehirnwindung

Beim Musizieren werden verschiedene Sinnesebenen - Sehen, Hören und Tasten - gemeinsam angesprochen. "Durch die gleichzeitige Aktivierung der zuständigen Gehirnareale entstehen neue Verbindungen", berichtet Marc Bangert vom Institut für Musikermedizin an der Hochschule für Musik Dresden im pressetext-Interview. Schon 2003 hat Bangert dargelegt, dass geübte Pianisten ihre Hörareale auch dann aktivieren, wenn sie eine stumme Klaviertastatur bespielen. Umgekehrt sind bei ihnen die Fingermotorik-Areale aktiv, wenn sie Klänge hören - "ihre Finger jucken", wie es der Neurowissenschaftler formuliert.

Derartige Effekte kommen tatsächlich durch Training zustande, erklärt Bangert: "Schon die erste 20-minütige Klimperübung absoluter Nichtmusiker löst funktionelle Änderungen aus. Bei wiederholtem Training geht es nicht nur um Reflexe, sondern um ein strukturelles Wachsen von Faserbündeln." Bei Berufsmusikern ist das ganze Gehirn entsprechend umgebaut. "Bei Konzertpianisten könnte man die zusätzliche Gehirnwindung für die Feinmotorik der rechten Hand, bei Geigern jene der linke Hand auch mit bloßem Auge erkennen", berichtet der Dresdner Forscher.

Abstracts der Präsentationen unter http://bit.ly/NuQAIc, http://bit.ly/NuQArx und http://bit.ly/L350h9

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Geistesblitze erfordern Ablenkung

Kreativität entsteht durch Schweifenlassen der Gedanken

Zündende Idee: Gehirn braucht Zerstreuung
(Foto: pixelio.de/Hofschläger)

Santa Barbara/Heidelberg (pte004/29.05.2012/06:15) - Wer schon tagelang an einem Problem grübelt, sollte sich besser ablenken: Nicht durch angestrengtes Nachdenken, sondern durch Zerstreuung werden Kreativität und Aha-Erlebnisse möglich. Das berichten Forscher der University of California in Santa Barbara in der Zeitschrift "Psychological Science". Vermeintlich zeitverschwendende Ablenkung soll kreatives Denken ähnlich gut fördern wie der REM-Schlaf - und nicht zuletzt Geistesgrößen wie Archimedes, Newton oder Einstein zu ihren bahnbrechenden Erkenntnissen und "Heureka"-Ausrufen verholfen haben.

Verwendung eines Zahnstochers

Getestet wurden 145 Studenten, denen die Forscher Wörter von Alltagsgegenständen - Zahnstocher, Kleiderbügel oder Ziegelstein etwa - vorlegten. Ihre Aufgabe lautete, in zwei Minuten möglichst viele unübliche Verwendungsformen dafür zu notieren. Dann gab es für manche Studenten zwölf Minuten Pause, anderen stellte man eine die volle Aufmerksamkeit beanspruchende Aufgabe. Eine weitere Gruppe sah in dieser Zeit Zahlen und sollte bloß beurteilen, ob diese gerade oder ungerade warem. Man weiß, dass diese stark unterfordernde Übung Tagträume auslöst. Die vierte Gruppe machte keine Pause.

Anschließend wurde in einem zweiten Durchgang die Anfangsaufgabe wiederholt, und zwar mit den ursprünglichen als auch mit neuen Objekten. Einzig nach den Tagträumen brachte dieser zweite Anlauf Verbesserungen, und zwar gleich um 41 Prozent. Das traf allerdings nur auf die Aufgaben zu, bei denen Objekte zum zweiten Mal gezeigt wurden, nicht bei völlig neuen Gegenständen. "Seine Gedanken schweifen lassen, hilft also nur bei Problemen, mit denen man sich schon zuvor beschäftigt hat. Einen grundsätzlichen Anstieg an kreativer Problemlösungskompetenz bringt es nicht", sagt Studienleiter Benjamin Baird.

Gedächtnis wichtig

"In der modernen Neuropsychologie heißt dieser Effekt 'Random episodic silent thinking' (Rest)", berichtet der Heidelberger Psychologe Rainer Holm-Hadulla im pressetext-Interview. Das Gehirn träumt dabei still vor sich hin und erlaubt den einzelnen Arealen, im Austausch neue Assoziationen herzustellen statt sie zur Bearbeitung konkreter Aufgaben zu drängen. Damit dieses Kombinieren und intuitive Denken anspringt, muss man die Konzentration abstellen. "Vorbedingung ist aber auch, dass die Inhalte bereits im Gedächtnis abgespeichert sind. Es reicht nicht, sie bloß bei Bedarf im Internet zu finden", so der Kreativitätsforscher.

Ausflug in die Unmöglichkeit

Für die konkrete Umsetzung rät der Psychologe Harald Braem, das lineare Denken abzustellen und mit Unmöglichem zu spielen: "Das ist etwa der Gedanke von 1 + 1 = 3, eine imaginäre Weltraumreise, die Frage, wie ein neues Auto wohl tanzen würde, wenn es ein Tier wäre, oder die Aufgabe, beim Zeichnen die Vorlage auf den Kopf zu stellen und statt Figuren deren Zwischenräume abzuzeichnen." Musik, jedoch auch Farben sind hilfreich: "Besonders die Blaupalette lässt uns wegfliehen und weckt Sehnsucht. Nicht umsonst zog es Goethe oft zum Meer und viele merken nach einem Urlaub mit Fliegen, Schwimmen oder Seefahrt Veränderung."

Wenngleich das Marketing mit diesen Methoden ständig spielt, belastet der heutige Zeitgeist meist nur die linke, "digitale" Gehirnhälfte, die für Logik und Sprache zuständig ist. Die rechte Hemisphäre, in der etwa Gefühle, Intuition und Kreativität verortet sind, wird hingegen meist vernachlässigt und verkümmert, worin Braem einen Mitauslöser für aktuelle Probleme wie Depressionen und Burnout erkennt. "Um Kreativität zu wecken, braucht es Ausgleich zwischen links und rechts, den durch ein derartiges Gedankenwandern gefördert wird. Kreative haben den Corpus callosum, das Bindeglied der Gehirnhälften, messbar stärker aktiviert als andere", berichtet Braem gegenüber pressetext.

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E-Mail und Surfen machen wahnsinnig

Falle Internet: Digital-Therapeutin fordert mehr Selbstkontrolle im Web

Digitale Therapie: Praxistipps gegen ungesunde Webnutzung
(Foto: Eggler)

Wien (pte017/02.03.2012/12:00) - Unser Umgang mit digitalen Medien bringt uns um den Verstand und den Arbeitgeber um viel Geld. Mit scharfer Würze erklärt die Autorin Anitra Eggler im Buch "E-Mail macht dumm, krank und arm" Verhaltensweisen wie "E-Mail-Wahnsinn" oder "Sinnlos-Surf-Syndrom" den Kampf. Ihre "Blitz­therapien" liefert die Kommunikationsexpertin, die sich selbst als "Digital-Therapeutin" bezeichnet, mit einem Augenzwinkern. Im pressetext-Interview beweist sie, dass die Ratschläge dennoch ebenso ernst gemeint sind wie das behandelte Problem.

Zeitdieb Internet

"30 bis 50 Prozent aller E-Mails sind sinnlos und ein ebensolcher Anteil der Surfzeit am Arbeitsplatz fördert nicht das Ergebnis, sondern stiehlt bloß Zeit. Zudem beträgt die durchschnittliche Verweildauer pro Facebook-Besuch oder auch die Ablenkung durch das Abrufen einer E-Mail im Schnitt 25 Minuten", skizziert Eggler den Sachverhalt. Wahrgenommen werde dies nicht, denn das Gefühl für verrinnende Zeit sei ebenso wie die Selbstkontrolle im Netz völlig abhanden gekommen.

Entgleiste Nutzung

Als Symptome für bedenkliche E-Mail-Nutzung führt Eggler im Buch etwa an, dass sich private und berufliche Adresse bei vielen zunehmend vermischen. Zu oft kontrolliere die E-Mail wie ein Sklavenhalter den Arbeitsrhythmus und der Drang zum ständigen Nachsehen und Drücken des Empfangen-Knopfes sei oft schon suchtartig. Dazu bekrittelt es die Autorin auch als Unsitte, stets viele als Empfänger in die "CC"-Leiste zu setzen und somit den Verkehr zu erhöhen. Die Folgen: Informationsüberflutung, Konzentrationsverlust und ständige Ablenkung.

Um keinen Deut besser verhalte es sich bei der Suche im Internet. Das einstige "Nur-mal-kurz-im-Internet-Nachsehen" verkomme in der Endphase zum ziellosen, zwanghaften Surfen mit hohem Zeitaufwand, da sich Internetuser viel zu oft von Links zu Seiten verführen lassen, die sie ursprünglich gar nicht finden wollten. Durch das Medien-Multitasking, die Beteiligung an möglichst allen Sozialen Netzwerken und die vielen parallel geöffneten Browser-Tabs sei das Gehirn heillos mit Reizen überflutet. Auswirkungen habe dies auch für das reale Leben - vernichtete Arbeitszeiten etwa oder familiäre Entfremdungen bis hin zu Scheidungen.

Öffnungszeiten für E-Mail nötig

"Schraubt man E-Mail und Surfen um ein Drittel runter, bringt das viel zusätzliche Zeit für produktives Schaffen", behauptet Eggler. Ähnlich radikal sind ihre konkreten Vorschläge: Den Arbeitstag offline beginnen, fixe E-Mail-Öffnungszeiten definieren und anderen auch mitteilen, E-Mails kurz und im Stil einer Nachrichtenagentur verfassen sowie kritisches Lesen vor dem Absenden. Auch beim Surfen sollte man ein Tageslimit etwa von zwei Stunden festlegen, die Augenbewegungen entschleunigen, die Maus an die kurze Leine nehmen, nur Gewinnbringendes anklicken und Inhalte völlig zu meiden, bei deren Betrachten man nicht ertappt werden möchte.

Die Autorin ist verwegen genug, um neben Selbsttests, Ratschlägen und Erster Hilfe für Betroffene auch Therapiepläne für Unternehmen zu skizzieren und dabei auch einen "Return of Investment" zu versprechen. Alles weitere im grafisch durchgestalteten Buch ist Motivationshilfe - etwa Mantras wie "Das Internet kann man nicht heiraten", "Ich bin keine Festplatte" oder "Wir betrachten unsere Handys mehr als unsere Kinder" oder Zitate wie "Ich bezweifle, dass jemand mit Internetanschluss an seinem Arbeitsplatz gute Literatur schreiben kann".

Ausbeuten statt ausgebeutet werden

Solange man die Digitalisierung im positiven Sinn bestmöglich ausbeutet, sei nichts gegen sie einzuwenden, betont Eggler. "Das tun wir aber nicht. Aus Angst, nicht mitreden zu können, beschaffen wir uns stets das neueste iPhone, ohne die Gebrauchsanleitung zu lesen und die Möglichkeiten zu nutzen", so Eggler. Das maximale Potenzial schlagen diejenigen heraus, die etwa ihren Browser tatsächlich nach eigenen Bedürfnissen konfiguriert oder die Möglichkeiten der erweiterten Google-Suche nutzen und Begriffe oder Medienformate ein- und ausgrenzen. "Ziel ist, nur das zu bekommen, was ich brauche. Die meisten scheitern daran."

Dass das Internet wichtige Bedürfnisse wie etwa nach Ablenkung und Spaß befriedigt, stellt die Medienexpertin nicht in Abrede, doch gebe es bessere Alternativen. "Es ist weitaus besser, einen Erfolg gemeinsam in der Kaffeeküche mit Prosecco zu feiern als auf Facebook. Wir müssen wieder mehr miteinander reden - in der Fleischwelt, oder zumindest am Telefon."

Leseprobe (77 Seiten) unter http://bit.ly/nTULTu

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Tinnitus: Bisherige Therapie in Frage gestellt

Theorie "Phantomschmerz im Gehör" bestätigt sich

Tinnitus: Phantomhören belästigt viele (Foto: FlickrCC/McFarland)

Berkeley/Regensburg (pte024/19.09.2011/13:35) - Das Ohrenleiden Tinnitus ist meist Folge einer Hörstörung und entspricht in seinem Mechanismus dem Phantomschmerz nach einer Amputation. Belege für diese Annahme liefern Forscher University of California in Berkeley in der Zeitschrift "PNAS". Ihre Ergebnisse stellen einige der heutigen Therapieansätze für Tinnitus in Frage. Bestimmte Gehirnveränderungen nach einem Gehörverlust sollte man besser unterstützen statt verhindern, so das Team um Shaowen Bao.

Gleicher Effekt wie nach Amputation

Allein in Deutschland hören drei Mio. Menschen ein ständiges Pfeifen, Klingeln oder Summen, das für andere nicht wahrnehmbar ist - auch als "Tinnitus" bezeichnet. Wie dieses Leiden zustande kommt, konnten die US-Forscher in Rattenversuchen zeigen. "Die Forschung liefert viele neue Erkenntnisse zu Tinnitus sowie auch Anregungen für neuartige Therapien. Für deren Umsetzung ist jedoch noch viel Geduld nötig", kommentiert Berthold Langguth, Leiter des Tinnituszentrums Regensburg, im pressetext-Interview die Ergebnisse.

Der Verursacher von Tinnitus ist meist eine Hörstörung, etwa infolge lauter Geräusche. Im Innenohr werden dabei Haarzellen zerstört, die zuvor jeweils Signale bestimmter Frequenzen an die Hörregion in der Großhirnrinde übermittelt haben. Kommt kein Input mehr aus dem Ohr, nimmt die Hemmung der nun unterbeschäftigten Neuronen ab. Sie werden übererregbar und feuern spontane Impulse ab, die als Tinnitus-Geräusche wahrgenommen werden.

Den Forschern zufolge beruhen diese Veränderungen auf der Tendenz des Gehirns, die Aktivitätsrate im System konstant zu halten. "Tinnitus gleicht in dieser Hinsicht dem Phantomglied-Schmerz, den viele Amputierte empfinden", so Bao.

Umstrukturierung ist Vorteil

Doch Amputationen lassen das Gehirn nicht untätig. Fehlt etwa ein Finger, so übernehmen teils Regionen, die für dessen Input zuständig waren, Funktionen der Nachbarfinger. Ähnlich wird auch bei Tinnitus die Hörregion umstrukturiert und der Bereich für die Wahrnehmung niederer Frequenzen dehnt sich aus auf Regionen, in denen verlorene hohe Frequenzen verarbeitet wurden. Veränderungen, die man bisher als eine Ursache für Tinnitus hielt und rückgängig zu machen suchte, erklärt Langguth. "Die neuen Ergebnisse lassen allerdings schließen, dass sie ein sinnvoller Versuch des Gehirns sein könnten, Tinnitus zu bekämpfen."

Bestätigt sich diese Ansicht in weiteren Studien, werde man für künftige Tinnitus-Therapien gezielt diese Umstrukturierung im Gehirn trainieren, so Langguth. Studienleiter Bao schlägt noch andere Alternativen vor: Künftig könnten auch Medikamente das spontane Abfeuern der Neuronen in der Hörregion unterbinden. Die sonst für diese Hemmung zuständigen Neuronen sind bei Tinnitus geschwächt, zeigten die Versuche. Um sie in der klinischen Praxis gezielt ansprechen zu können, müssen jedoch erst nicht-toxische Wirkstoffe gefunden werden.

Abstract der Studie unter http://www.pnas.org/content/108/36/14974.abstract?sid=1ff83fff-f34a-4cb3-b09c-37da445f6da6

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Musiker hören um 20 Jahre besser

Schutz vor schwindendem Gehör im Alter

E-Gitarre: Musiker schützen ihr Ohr vor Alterung
(Foto: pixelio.de/Meißner)

Toronto/Hannover (pte004/15.09.2011/06:05) - Wer selbst Musik macht, erspart sich später Gehör­probleme. Das behaupten kanadische Forscher in der Zeitschrift "Psychology and Ageing". "Musiker hören im Alter besser als Nicht-Musiker. Scheinbar ver­schlechtert sich bei ihnen die zentrale auditive Verarbeitung im Gehirn langsamer. Das Motto 'Use it or lose it' gilt auch hier", so Studienautor Benjamin Rich Zendel vom Baycrest's Rotman Research Institute.

Gehör gleich, Verarbeitung besser

Die Forscher untersuchten 74 Menschen, die in ihrem Leben mindestens sechs Jahre lang Musikunterricht genommen hatten, sowie zur Vergleich auch 89 Menschen, die nie ein Instrument gespielt hatten. Vier verschiedene Hörtests galt es zu durchlaufen, wobei leise Töne wahrgenommen, Lücken in Tonabfolgen und Beziehung von Tonfrequenzen erkannt oder Sprache bei Geräuschen im Hintergrund verstanden werden sollten.

Bei der vom Ohr abhängenden Geräuschwahrnehmung zeigten sich keine Unterschiede. Enormen Vorsprung hatten die Musiker jedoch bei den anderen Aufgaben, die alle auf die Geräuschverarbeitung im Gehirn zurückgehen. Die Unterscheidung der Sprache von anderen Geräuschen - das im Alter immer größere "Cocktailparty-Problem" - gelang etwa den 70-Jährigen Musikern so gut wie den 50-jährigen Nicht-Musikern.

Effekt ab Kindesalter

Ähnliches konnte vor einigen Jahren auch die US-Gehirnforscherin Nina Kraus bei Kindern zeigen. Musik verbessert schon bei den Jüngsten die Fähigkeit zur auditiven Musteranalyse. "Musizierende Kinder sind weit eher in der Lage, sinnhafte von sinnlosen Mustern zu unterscheiden und somit Sprachreize von Rauschen zu trennen", erklärt Eckart Altenmüller, Direktor des Instituts für Musikphysiologie und Musikermedizin der Hochschule für Musik und Theater Hannover, gegenüber pressetext.

Musik ist aus mehrerer Hinsicht eine ideale Gehirnschulung. Professionelle Musiker erreichen das Optimum an Feinmotorik (pressetext berichtete), zudem steigert Musik auch das räumlich-visuelle Gedächtnis, die Fähigkeit für Objektbezeichnungen oder die Anpassungsfähigkeit an neue Informationen (pressetext berichtete). Für die Therapie nutzbar, spricht Musik sonst unerreichbare Gehirnareale an und beeinflusst den Hormonhaushalt.

Zweifel am Hörschaden

Es gibt aber auch die gegenteilige Ansicht, dass laute Musik Hörschäden auslöst. In der Forschung wird dies zunehmend angezweifelt, berichtet Altenmüller. "Es stimmt, dass Rockmusiker im Alter eher Probleme beim Hören von Hochfrequenzen haben. Dennoch sind frühere Prognosen, dass wir durch die Kopfhörer zu einer Nation der Schwerhörigen werden, nicht eingetreten. Neue Erkenntnisse legen nahe, dass eine positive emotionale Bewertung lauter Geräusche das Gehirn vor Schäden schützt", so der Musikermediziner.

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Handy-App: Gesundheitscheck mit Gehirnwellen

System setzt auf Sensorstirnband wie für die Gedankensteuerung

Sensorstirnband: Misst Gehrinwellen für Handy-App
(Foto: neurosky.com)

Tokio (pte016/15.07.2011/13:50) - Die KDDI R&D La­boratories, Forschungsarm des japanischen Telekom-Konzerns KDDI, haben hat ein Handy-System ent­wickelt, das mithilfe der Gehirnwellen des Nutzers seinen Gesundheitszustand bewertet. Dazu misst die "Mobile Phone Brain Wave Measurement Application" Gehirnströme mit einem Sensorstirnband, berichtet Tech-on. Per Bluetooth-Verbindung gelangen die Daten kabellos auf das Smartphone, wo sie Apps beispiels­weise in Klangform informativ aufbereiten.

Gedankenlesen

Das KDDI-System nutzt ein Sensorstirnband des kalifornischen Unternehmens NeuroSky. Dieses ist ein Spezialist für auf EEG-Technologie basierende Sensorlösungen, der schon vor drei Jahren Gedanken­steuerung für das Handy in Aussicht gestellt hat (pressetext berichtete: http://pressetext.com/news/ 080913007). Der aktuelle Prototyp nutzt die Messung der Gehirnwellen freilich zu einem etwas anderen Zweck - es geht darum, dem Nutzer Information zu seinem Gesundheitszustand zu liefern.

Dazu haben die KDDI-Forscher drei Apps realisiert. Bei "droid touch" geht es darum, wie gut sich der User konzentrieren kann und was das über seinen physischen Zustand aussagt. Die App "brain sound" dagegen wandelt Geringwellen in Klänge um, die dem Nutzer Aufschluss darüber geben, wie es ihm geht. Das Ziel von "psychology view" wiederum ist, die Vitalität des Gehirns zu ermitteln.

Mobile Gesundheit

Bislang existieren nur Prototypen der Apps, doch will KDDI noch in diesem Jahr kommerzielle Umsetzungen folgen lassen. Dabei spekuliert das Unternehmen darauf, dass die NeuroSky-Sensoren in absehbarer Zeit billiger werden. So futuristisch die Idee von Handy-Apps, die mithilfe kabelloser EEG-Messungen den Gesundheits­zustand prüfen, sein mag, so sehr liegt sie im Trend der Zeit - immerhin planen die X Prize Foundation und Qualcomm bereits ein Preisrennen für die Umsetzung eines kompletten, realweltlichen Star-Trek-Tricorders (pressetext berichtete: http://pressetext.com/news/110513003/).

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Hummeln fliegen mit Routenplaner

Insektengehirn löst komplexes Problem der Mathematik

Hummel im Flug: Tiere ermitteln die optimale Route
(Foto: FlickrCC/Doheny)

London (pte029/29.06.2011/12:20) - Wenn Hummeln und Bienen ihre Honigsammel-Routen planen, ver­suchen sie die nektarreichsten Blumen auf der kürzestmöglichen Distanz zu erreichen. Das konnten Biologen der Londoner Queen Mary Universität beweisen. Wie sie in der Zeitschrift "Functional Ecology" berichten, stimmen Hummeln den Aufwand der Flugdauer und die Chance auf Ertragsmenge in optimalem Verhältnis aufeinander ab, was als kom­plexe Leistung gilt.

Kürzeste Rundreise

Blumen stehen an festgelegten Orten und stellen Nachschub an Nektar bereit, sobald dieser ent­nommen wurde. Tiere, die sich auf diesen Typ Nahrungsquelle spezialisieren, besuchen oft wiederholt dieselben Orte in bestimmten Rhythmen. "Auch wenn diese Form der Nahrungssuche bei Fallen bei Bienen, Vögeln und Primaten relativ weit verbreitet ist, weiß man noch sehr wenig darüber, wie die dazu nötigen Wegstrecken möglichst kurz gehalten werden", erklärt Studienleiter Mathieu Lihoreau.

Die Forscher schickten Hummeln auf Reise zu fünf künstlichen Blumen, die in einem Fünfeck angeordnet waren. Befüllte man alle Blumen mit derselben Nektarmenge, studierten die Tierchen mit der Zeit die kürzeste Besuchsroute ein. War die Ausbeute bei einer Blumen jedoch deutlich höher als bei den anderen, so war die Situation anders. In beachtlichem Tempo entschieden die Hummeln, ob es sich lohnte, diese Blume künftig zuerst anzufliegen. War der Umweg dafür zu lange, so blieben sie bei ihrer alten Reihenfolge, wobei einzelne Hummeln mit der Zeit die Distanz und Nektarmenge tatsächlich optimierten.

Fliegende Computer

Diese Leistung des Hummel- und Bienengehirns erinnert stark an das Rundreiseproblem. Bei dieser mathe­matischen Aufgabe gilt es, mehrere vorgegebene Orte in der Reihenfolge zu besuchen, die die kürzeste Strecke bis zum Ausgangsort zurück ermöglicht. Neben der Distanz ist als weiterer Faktor auch die Größe der Belohnung entscheidend. Bisher wird das Problem mit aufwändigen Formeln und Computerprogrammen gelöst.

Zur Standardausrüstung der Bienen und Hummeln gehört jedoch nicht nur der Routenplaner, sondern auch ein Kalorienzähler. Anders als der Mensch können die Honigsammler bei der Rückkehr in den Stock berechnen, wie viel Energie sie für den Weg benötigt haben, während der sichtbare Abstand keine Rolle spielt. Diese Information wird dann per Tanzsprache den Artgenossen weitergegeben (pressetext berichtete: http:// pressetext.com/news/20100120013).

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Ersatzhirn für eine vergessliche Zukunft

Ein Computersystem soll Alltagsroutinen älterer Menschen speichern und diese bei Bedarf abrufbar machen

Computerhirn für Alltagsroutinen?
(Foto: Fotolia.com/Kaulitzki)

Das Lieblingsgericht zubereiten oder einen Film auf Video aufzeichnen: Die alltäglichsten Dinge können zu einem unüberwindbaren Problem werden, wenn das Gehirn in die Jahre kommt und das Gedächtnis einfach aussetzt oder sich Demenz einschleicht.

Diese Erfahrung hat Heinrich Mayr, Rektor der Alpen-Adria-Universität Klagenfurt und Leiter des Instituts für Angewandte Informatik, bei seiner Mutter gemacht. Das brachte ihn auf die Idee, ein Forschungsprojekt zur Unterstützung betagter Menschen zu starten. Das Ziel: Die Gedächtnisleistung eines Menschen so zu konservieren, dass sie abgerufen werden kann, sobald die Vergesslichkeit überhand­nimmt.

Beobachten und lernen

Als Ersatz für das verlorene Wissen soll die Technik einspringen. Dafür muss sie aber erst lernen, wie ein Mensch denkt und wie er sich bei bestimmten Abläufen verhält. "Es geht darum, das individuelle Verhalten eines Menschen Schritt für Schritt abzuspeichern, damit es später wieder abgerufen werden kann", erklärt die Informatikerin Judith Michael, Mitarbeiterin am interdisziplinär aufgestellten Forschungsprojekt "Human Behaviour Monitoring Support" (HBMS).

In einer ersten Phase des Projekts, das Anfang Juni startete und vorerst ein Jahr lang läuft, werden die Verhaltensweisen von 20 bis 30 älteren Personen ganz genau unter die Lupe genommen: "Wir beobachten verschiedene Szenarien: Alltagsroutinen wie den Ablauf der Morgentoilette, elektronische Prozesse wie Online-Banking oder die Bedienung von Geräten", schildert Michael.

Jeder einzelne Schritt wird in ein Computersystem eingespeist, das typische Verhalten des jeweiligen Menschen in einem Modell abbildet. Versagt nun das Gedächtnis, wenn man den Videorekorder einschalten oder eine Torte backen will, soll das System dem Gehirn auf die Sprünge helfen, indem es anzeigt, welche Schritte in welcher Reihe durchzuführen sind.

"Wir arbeiten vorerst an einem Prototyp, der auf Handys und Tablet-PCs läuft und unaufdringlich in die Lebenswelt der Menschen integriert werden kann. Das System könnte zum Beispiel in einem Bilderrahmen am Nachttisch versteckt sein", sagt Judith Michael. Bei der Entwicklung des Systems orientieren sich die Klagenfurter Forscher an den Standards anderer Projekte aus dem Bereich "ambient-assisted living" (AAL), einem Fachgebiet, das sich mit Technologien beschäftigt, die älteren Menschen ermöglichen sollen, möglichst lange selbstbestimmt zu leben. Eine Herausforderung sei nun, alltägliche Aktivitäten in einer Form darzustellen, die die tatsächliche Wahrnehmung der Nutzer widerspiegelt und leicht nachvollzogen werden kann. "Das System wird gezielt auf die Lebens- und Begriffswelt des jeweiligen Benutzers abgestimmt", betont Michael. So soll das ganz persönliche Wissen für die Zukunft gespeichert werden und bei Bedarf Gedächtnislücken schließen.

Eingreifen, wenn nötig

In weiterer Folge soll das Projekt, das derzeit durch die Heidelberger Klaus-Tschira-Stiftung finanziert wird, ausgedehnt werden: So könnte das System seine Schützlinge über vernetzte Geräte und Sensoren automatisch beobachten und selbstständig die Verhaltensweisen eines Menschen "trainieren".

Die Klagenfurter Informatiker arbeiten auch an Diagnosesystemen, die abweichendes Verhalten erkennen und eingreifen, wenn der Nutzer etwa ein Gerät nicht richtig bedient oder Hilfe benötigt. "Derzeit arbeiten wir mit Texten und grafischen Darstellungen, längerfristig könnten auch Videos und Fotos eingebaut werden", sagt Judith Michael. Wie viel Wissen bis dahin in den Abgründen des Gedächtnisschwunds verlorengeht, ist allerdings nur sehr schwer absehbar.

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Dieser Artikel wurde von Der Standard (Autorin: Karin Krichmayr) veröffentlicht und ist unter http://derstandard.at/1308679917394/Medizin-und-Technik-Ersatzhirn-fuer-eine-vergessliche-Zukunft abrufbar.

Ratten-Gedächtnis elektronisch wiederhergestellt

Implantate sollen Patienten eines Tages im Alltag helfen

Laborratten: Konnten sich wieder erinnern
(Foto: FlickrCC/Sarah Fleming)

Los Angeles (pte013/21.06.2011/11:05) - Durch das Umlegen eines Schalters und einen Impuls elektrischer Energie haben Wissenschaftler der University of Southern California Ratten erneuten Zugang zu verlorenen Erinnerungen ermöglicht. Dieses Konzept könnte eines Tages Menschen mit Schädigungen des Gehirns helfen, sich im Alltag zurecht zu finden. Das Team um Theodore Berger implantierte Elektroden in den Hippokampus. Ziel war es, Muster der Gehirn­aktivität aufzuzeichnen während die Tiere lernten mehrere Hebel für eine Belohung zu bewegen.

In einem nächsten Schritt wurde die Erinnerung an diese Aufgabe durch die Injektion von Chemikalien in den Hippokampus gelöscht. Damit wurde die Signalübertragung zwischen den Neuronen blockiert, die für den Zugang zu langfristigen Erinnerungen notwendig sind. Bei den folgenden Tests konnten die Ratten die Aufgabe nicht mehr lösen. Als die Wissenschaftler das Gehirn mit dem Aktivitätsmuster stimulierten, das zuvor aufgezeichnet worden war, erhielten sie ihre Fähigkeit die Hebel in der richtigen Reihenfolge zu bewegen wieder zurück.

Zugriff auf Original-Erinnerungen

Die Tiere hatten trotz der chemischen Blockade zeitweise auch Zugriff auf die originalen Erinnerungen. Erhielten sie durcheinandergewürfelte Versionen des Codes, konnten sie die Aufgabe ebenfalls nicht mehr erfüllen. Die Wissenschaftler hoffen laut NewScientist eines Tages Implantate herzustellen, die die Codes für 20 bis 30 einfache Aufgaben enthalten. Damit soll Patienten ermöglicht werden, einfache Dinge wie Sprechen oder Anziehen wieder selbst übernehmen zu können. Laut Berger wird die Verschlüsselung dieser Aufgaben alles andere als einfach sein: "Dabei handelt es sich um sehr grundlegende Fähigkeiten. Es hat bereits sehr viel Arbeit erfordert überhaupt soweit zu kommen." Details der Studie wurden im Journal of Neural Engineering veröffentlicht.

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Handystrahlen beeinflussen das Lernen

UMTS-Frequenzen in erhöhter Dosis wirken ähnlich wie Stress

Mädchen mit Handy: Strahlenrisiko weiter beforscht
(Foto: aboutpixel.de/Markus)

Bochum (pte025/20.06.2011/13:56) - Elektromagne­tische Felder, wie sie etwa beim Handytelefonat entstehen, können in verstärkter Form Lernprozesse im Gehirn beeinträchtigen. Das berichten Forscher der Universität Bochum in der Zeitschrift "PLoS ONE" auf Basis von Tierversuchen. Das Telefonieren ist aufgrund zu geringer Feldstärke unbedenklich, beruhigen die Wissenschaftler. Für Berufe mit höherer Exposition wie etwa bei manchen Sicherheitsdiensten oder bei Militärs sollten die Grenzwerte jedoch überprüft werden.

Anatomische Wirkungen

Hochfrequentige elektromagnetische Felder (HEF) werden von Mobil- und Hörfunk sowie Fernsehen und Schnurlostelefonie genutzt. Im Körper des Anwenders können sie Wärme erzeugen - und zwar umso mehr, je stärker ihr Magnetfeld ist. UMTS-fähige Handys haben schwache Feldstärken bis maximal 4,8 V/m, wobei sich die thermische Wirkung auf das Hirngewebe mit rund 0,1 Grad in Grenzen hält. Mögliche Folgen einer über 30-minütigen Anwendung auf Funktion und Struktur des Gehirns sind jedoch noch ebenso wenig eindeutig geklärt wie etwa die erhöhte Zellwand-Durchlässigkeit oder beeinträchtigte Lernprozesse.

Letztere gehen nicht nur auf erhöhten Stress bei Experimenten, sondern auch auf nicht-thermische HEF-Wirkungen zurück, konnten die Bochumer Forscher rund um Nora Prochnow nun zeigen. Sie setzten dazu Ratten verschieden starken nichtthermischen HEFs im UMTS-Frequenzbereich aus und überprüften mittels Elektrophysiologie die Prozesse des neuronalen Lernens sowie der synaptischen Gedächtnisbildung. Der Stress des Experiments alleine beeinflusste bei den Tieren bereits die Synapsen und das Gedächtnis. Der Vergleich mit Kontrolltieren zeigte jedoch, dass auch starke elektromagnetische Felder ähnlich signifikant wirken.

Handy außerhalb der Gefahrenzone

Felder einer Stärke des SAR-Wertes von zehn Watt/kg beeinflussen das Lernen und die Gedächtnisbildung, während Felder der SAR-Stärke null und zwei Watt/kg keine messbaren Beeinträchtigungen liefern, so das Ergebnis. Damit ist zumindest die Handy-Alltagsnutzung nicht betroffen. Wie Fachexperten auf pressetext-Anfrage bestätigen, liegt die Feldstärke bei Smartphones normalerweise im Milliwatt-Bereich und erreicht selbst bei Höchstleistung einer gleichzeitigen WLAN-, Bluetooth- und UMTS-Nutzung bloß Werte von maximal 1,5 Watt.

Abstract der Studie unter http://www.plosone.org/article/info:doi/10.1371/journal.pone.0019437

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Stillen schützt vor plötzlichem Kindstod

Muttermilch bietet dem Kind Gehirntraining und Körperabwehr

Stillen: Beste Vorsorge gegen Säuglingssterblichkeit
(Foto: Flickr/Sebibeiro)

Charlottesville/Dresden (pte004/16.06.2011/06:10) - Gestillte Babys haben ein geringeres Risiko, am plötzlichen Kindstod zu sterben. Das berichtet Fern Hauck von der Virginia University in der Zeitschrift "Pediatrics". Sie analysierte dazu die Studienlage der vergangenen 45 Jahre zum Thema. Gestillte Kinder wachen nachts leichter auf und haben eine meist bessere Immunabwehr, erklärt die US-Forscherin den Zusammenhang. "Stillen ist eine der wichtigsten Präventionsmaßnahmen gegen SIDS", bestätigt auch Ekkehart Paditz, Leiter des Zentrums für Angewandte Prävention, im pressetext-Interview.

Schon wenig Milch vorteilhaft

Vom "plötzlichen Kindstod" (Sudden infant death syndrome, SIDS) spricht man dann, wenn ein Kind im ersten Lebensjahr stirbt - meist in der Schlafenszeit - ohne dass andere Todesursachen gefunden werden. Besonders im Alter zwischen zwei und vier Monaten ist die Gefahr dafür am höchsten. Haucks Studienvergleich zeigte, dass gestillte Kinder eindeutig besser davor geschützt sind als Fläschchengenährte. Egal wie lange Kinder Muttermilch trinken, sinkt ihr SIDS-Risiko deutlich. Dauert das Stillen zwei Monate oder länger, so reduziert sich die Gefahr um 62 Prozent, bei ausschließlich gestillten Säuglingen sogar um 73 Prozent.

Was genau SIDS auslöst, ist in der Forschung noch immer nicht geklärt. Mehrere Risikofaktoren sind allerdings bekannt, deren Vermeidung in Folge für die Prävention maßgeblich ist. "Als wichtigster Risikofaktor gilt bisher die Bauchlage von Babys beim Schlafen, doch auch das Überdecken des Gesichts mit Kissen oder Spielzeugen, sowie aktiver oder passiver Zigarettenrauch während der Schwangerschaft oder danach tragen zu erhöhter Gefahr bei", erklärt Paditz.

Weiße Wunderwaffe

Stillen als vierter bekannter Faktor ist hingegen ein Schutzmechanismus. Der Dresdener Präventionsforscher bringt wie seine US-Kollegin die über die Muttermilch transportierten Antikörper ins Spiel, sowie auch die verbesserte Aufwach-Aktivitäten. Letztere zeigen sich etwa durch das tiefe Luftholen in Schreckmomenten, erklärt der Experte. "Es ist ein Alarmsystem des Gehirns, das ein komplexes neuronales Netzwerk erfordert. Dieses entsteht einerseits durch optimierte Aminosäuren der Muttermilch, doch auch die Interaktion beim Stillen - Körperkontakt, Blickkontakt und akustische Kontakte - dürfte eine Rolle spielen."

Dass Stillen noch weit subtiler vor SIDS schützt, zeigt die Tatsache, dass Mütter weit eher das Rauchen aufgeben, wenn sie stillen. Auch die ständige Aktivierung des Kiefergelenks beim Saugvorgang und das Schlucken gehören dazu. "Die Umsetzung derartiger Erkenntnisse half dabei, dass sich die Zahl der deutschen SIDS-Fälle zwischen 1991 und 2009 von 1.285 auf 196 reduziert hat. Seltener ist der plötzliche Kindestod jedoch in den Niederlanden, wo die Gesundheitsberufe intern besser vernetzt sind, sowie in Griechenland, wo Impfprophylaxe, Rauchprävention, Stillen und die familiäre Interaktion höheren Stellenwert haben", so Paditz.

Aktuelle Datenlage zu SIDS unter http://angewandte-praevention.de/pdf/ksm_2011_paditz.pdf

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Menschliche Hautzellen erstmals in Neuronen umgewandelt

Umweg über Stammzellen ist nicht erforderlich

Labormaus: Versuch mit Zellen gelungen
(Foto: aboutpixel.de/Rosita Sellmann)

Stanford (pte009/30.05.2011/11:05) - Wissenschaftler der Stanford University School of Medicine ist es laut eigenen Angaben gelungen, Hautzellen direkt in funktionierende Gehirnzellen zu verwandeln. Das Team um Marius Wernig manipulierte jenen Vorgang, durch den DNA in der Haut von Föten transkribiert wird. Ziel war es, Zellen zu schaffen, die sich wie Neuronen verhalten. Dieses Verfahren wurde zuvor bereits bei Mäusen angewandt, schreiben die Forscher in Nature. Eine Einsatzmöglichkeit wäre die neuro­logische Forschung. Es wäre denkbar, dass damit eines Tages Gehirnzellen für Transplantate hergestellt werden. Eine Schwierigkeit ist dabei die Herstellung der richtigen Art von Gehirnzellen.

Die Wissenschaftler nutzten genetisch modifizierte Viren, um vier verschiedene Transkriptionsfatoren in die Hauzellen von Föten einzubringen. Diese Faktoren spielen beim "Lesen" der DNA und beim Encoding der Proteine innerhalb der Zelle eine Rolle. Es zeigte sich, dass die Einführung dieser vier Faktoren dazu führte, dass sich ein kleiner Teil der Haut in Zellen verwandelte, die wie Neuronen funktionierten. Anderes als bei ähnlichen Ansätzen erforderte dieser Vorgang keine Umprogrammierung der Haut in Stammzellen, sondern ermöglichte die direkte Umwandlung.

Spezialisierte Zellen

Wernig erklärte gegenüber der BBC, dass es gelungen sei, menschliche Hautzellen direkt in Nervenzellen umzuwandeln, die nicht nur so aussehen wie Nervenzellen des Gehirnes, sondern sich auch so verhalten. Bisher sei nicht bekannt gewesen, ob es überhaupt möglich ist, eine spezialisierte Zelle dazu zu bringen, sich in eine andere Richtung zu entwickeln. Bisherige Versuche auf diesem Gebiet liegen viele Jahre zurück. Er geht jedoch davon aus, dass die aktuelle Studie die erste ist, bei der eine derart radikale Veränderung gelungen ist.

Derzeit besteht eine Anwendungsmöglichkeit in der Erstellung von Modellen von Krankheiten. Hautzellen von Patienten mit bekannten neurologischen Erkrankungen könnten genutzt werden, um neue Gehirnzellen für die Forschung herzustellen. "Es ist sehr schwer, in das Gehirn hineinzuschauen. Die Schädelknochen schützen das Gehirn sehr gut und daher ist es schwierig, bildliche Darstellungen zu bekommen. Auf der Ebene der Zellen sind Forschungen erst nach dem Tod des Patienten möglich. Zu diesem Zeitpunkt hat eine Krankheit meist schon ihr finales Stadium erreicht. Eine Erforschung der einzelnen Stadien ist dann nicht mehr möglich."

Jim Huettner von der Washington University School of Medicine hält diese Studienergebnisse laut BBC für überzeugend und wichtig. Ähnliche Ergebnisse seien bereits bei Mäusen erzielt worden. Beim Menschen hätten sich jedoch wie so oft subtile Unterschiede gezeigt. "Die aktuelle Studie bestätigt die Theorie, dass eine derartige Transition möglich ist und es sich nicht nur um einen Glücksfall bei einem Modell mit Mäusen handelt."

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Handys verändern die Gehirnaktivität

Beschleunigter Stoffwechsel in direkter Nähe der Antenne

Handy: Nahe der Antenne
ist das Gehirn aktiver
(Foto: aboutpixel.de/Hbert)

Bethesda/Wien (pte013/23.02.2011/11:10) - Ange­sichts der Allgegen­wart der Mobiltelefone sucht die Forschung fieberhaft nach möglichen Risiken der Geräte für den Menschen. Einen Beitrag in der sehr kontrovers geführten Diskussion liefern nun Forscher des National Institutes of Health in der Fachzeitschrift JAMA. Sie zeigten, dass die Gehirnregionen unmittel­bar an der Handyantenne allein durch deren elektro­magnetisches Feld aktiver sind als üblich. Beweise für gesundheitliche Folgen lieferten sie damit allerdings noch nicht.

Vergleich ein- und ausgeschaltetes Handy

Für die Studie wurden 47 Versuchspersonen unter­sucht. An zwei verschiedenen Tagen hielt man ihnen für 50 Minuten zwei Handys jeweils neben das linke und rechte Ohr. Die Geräte waren dabei ausge­schaltet mit Ausnahme von einem Durchgang, bei dem ein Handy unbemerkt und lautlos in Betrieb war. Effekte, die die reine Erwartungshaltung oder die Nähe des Geräts auslösen könnten, schloss man somit aus.

Während bisherige Studien meist nur den Blutfluss im Gehirn erhoben, der nur indirekte Auskunft über dessen Aktivität liefert, kam nun ein Positronen-Emissions-Tomograph (PET) zum Einsatz. Diese Methode bildet die Verteilung einer injizierten schwach radioaktiv markierten Glukoselösung dar, wodurch der Energieverbrauch direkt über biochemische und physiologische Funktionen ersichtlich wird.

Erhöhter Stoffwechsel durch Antenne

Wenn auch die Veränderung im gesamten Gehirn statistisch nicht signifikant war, zeigten sich deutliche Veränderungen in den Gehirnregionen nahe der aktiven Handyantenne - nämlich im vorderen Schläfenlappen sowie im orbitofrontalen Kortex. Hier war die Stoffwechselrate um durchschnittlich sieben Prozent erhöht, zudem stimmten die Änderungen mit den geschätzten Veränderungen der elektromagnetischen Feldstärke der aktiven Antennen überein.

Mehr als die Empfindlichkeit des menschlichen Gehirns gegenüber elektromagnetischen Feldern im Hochfrequenz-Bereich konnten die Forscher nicht feststellen. Die genauen Mechanismen sind noch ungeklärt, ebenso die Bedeutung für die Gesundheit. Die Forscher um Nora D. Volkow wollen aus ihren Ergebnissen noch keine Rückschlüsse über Schädlichkeit oder Unbedenklichkeit von Handystrahlen ziehen und fordern noch detailliertere Untersuchungen mit ihrer Methode.

Kein Beweis für Gefahr

Auch Gregor Wagner vom Forum Mobilkommunikation fordert auf pressetext-Anfrage weitere Untersuchungen, um eindeutige Ergebnisse zu erhalten. Als Sprecher des Forums, das die Mobilfunkbetreiber vertritt, hält er sich an die Position der Weltgesundheits-Organisation (WHO). "In ihren Factsheets Nummer 304 und 193 zum Thema stellt die WHO fest, dass von einer gesundheitlichen Gefährdung durch Handynutzung bei Einhaltung der entsprechenden Grenzwerte nicht ausgegangen werden kann."

Link zur Studie: http://jama.ama-assn.org/content/305/8/808

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