Mikrochips imitieren menschliches Gehirn

Forscher entwickeln erste Bauteile für künstliches neuronales Netzwerk

ETH Zürich: Forscher verwenden künstliche Neuronen
(Foto: flickr/Soham Banerjee)

Zürich (pte026/23.07.2013/13:44) - Forscher des Instituts für Neuroinformatik der Universität Zürich und der ETH Zürich haben demonstriert, wie kognitive Fähigkeiten in elektronische Systemen eingebaut werden können. Sie verwenden neuromorphe Mikrochips, die den Informationsverarbeitungsprozess des menschlichen Gehirns in Echtzeit imitieren.

Kognitive Fähigkeiten

Der gängige Ansatz zur Erforschung des menschlichen Gehirns in der Neuroinformatik ist die Simulation von neuronalen Netzwerken mit Hilfe von Computern. Die Schweizer Forscher gehen einen anderen Weg und entwickeln elektronische Schaltungen, die jenen eines echten Gehirns in Größe, Geschwindigkeit und Energieverbrauch gleichen. "Die Mikrochips imitieren mittels Algorithmen das Verhalten von Neuronen und Synapsen bei der Informationsverarbeitung", erklärt Giacomo Indiveri vom gemeinsamen Institut für Neuroinformatik der Universität Zürich und der ETH Zürich gegenüber pressetext.

Die Schweizer Forscher haben diese sogenannten neuromorphen Chips nun erstmals in einem künstlichen System eingesetzt. Dieses ist in der Lage, in Echtzeit auf sensorische Einflüsse zu reagieren und besitzt somit kognitive Fähigkeiten. In einer ersten Demonstration wurde eine komplexe sensomotorische Aufgabe erfüllt, wie sie bei Kognitionstests für Primaten üblich sind. Das System konnte die Regeln des Experiments verstehen und das vorgegebene Problem lösen.

Einsatz in der Robotik

Das Ergebnis ist ein Echtzeit-Datenverarbeitungssystem, das aus Mikrochips besteht, die dem menschlichen Gehirn nachempfunden sind. Das Verhalten des Systems wird dabei durch den Benutzer vorgegeben. Konkrete Anwendungsgebiete wären Sprach- und Gestenerkennung in der Robotik durch die weitere Kombination der Chips mit künstlichen Hörorganen oder Netzhäuten.

"Ziel der Forschungen ist, die Funktionsweise des Gehirns besser zu verstehen und dessen Lösungsstrategien auf andere Technologien anzuwenden", so Indiveri. Die neuromorphen Systeme werden herkömmliche Computersysteme auch nicht ersetzen, sondern ergänzen und können speziell dort eingesetzt werden, wo die Chiptechnologie an ihre Grenzen stößt. Die immer weitere Verkleinerung von Mikrochips bringt Unzuverlässigkeit und Ungenauigkeiten mit sich. Das Gehirn hingegen ist mit seinen ebenfalls unpräzisen und langsamen Neuronen in der Lage, genaueste Ergebnisse zu liefern und kann somit als Vorbild dienen, erklärt der Forscher.

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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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Musikunterricht fördert motorische Hirnareale

Entstehung neuer Verbindungen vorwiegend im frühen Kindesalter

Gitarre: Spielen fördert Gehirnentwicklung
(Foto: pixelio.de/Holger Schué)

Ottawa/Linz (pte003/15.02.2013/06:10) - Musik­unterricht im frühen Kindesalter fördert die Entwicklung des Gehirns. Je früher das Training beginnt, desto mehr Verbindungen entstehen. Zu diesem Schluss kommt eine Studie, welche im Journal of Neuroscience veröffentlicht wurde. Gehirnscans zeigen, dass der Effekt auf die motorische Rinde, von der aus willkürliche Bewegungen gesteuert werden, am größten ist, wenn ein Instrument bereits vor dem siebenten Lebensjahr gelernt wird.

Gehirnstruktur beeinflusst

Untersucht wurden 36 erwachsene Musiker, von denen die Hälfte bereits vor dem siebenten Lebensjahr zu musizieren begonnen hat, während der Rest erst später musikalisch gefördert worden ist. Insgesamt haben die beiden Gruppen aber über den gleichen Zeitraum hinweg Musikerfahrungen gesammelt. Ein Vergleich der motorischen Fähigkeiten hat gezeigt, dass die Versuchsteilnehmer, die schon früher ein Instrument gelernt hatten, über ein präziseres Timing verfügten. Darüber hinaus konnte im Hirnbalken eine Zunahme der weißen Substanz festgestellt werden.

Laut Virginia Penhune, Psychologieprofessorin an der Concordia University, erfordert das Lernen eines Instruments die Koordination zwischen Händen, visuellen sowie auditiven Reizen. Dadurch werde der Reifungsprozess der Verbindungen zwischen den motorischen und sensorischen Regionen des Gehirns beschleunigt. Im Alter zwischen sechs und acht befinden sich die Kinder in einer "sensitiven Phase", während dieser musikalisches Training die motorischen Fähigkeiten und die Gehirnstruktur beeinflusst.

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Signalmolekül lässt Gedächtnis altern

Ursache für Nachlassen geistiger Leistungsfähigkeit entdeckt

Neue Nervenzellen im Gehirn einer Maus
(Foto: Ana Martin-Villalba, dkfz.de)

Heidelberg (pte004/11.02.2013/06:15) - Wenn ein bestimmtes Signalmolekül ausgeschaltet wird, bleibt die Leistungsfähigkeit im Gehirn erhalten. Das haben Forscher des Deutschen Krebsforschungszentrums (DKFZ) bei Mäusen entdeckt. "Im Alter nimmt die Produktion neuer Nervenzellen ab, deshalb lässt die Merk- und Lernfähigkeit nach", sagt die Neuro­wissen­schaftlerin Ana Martin-Villalba gegen­über pressetext. Die DKFZ-Forscher konnten an Mäusen belegen, dass im Gehirn älterer Tiere mehr Nervenzellen neu entstehen, wenn das Signalmolekül Dickkopf-1 ausgeschaltet ist.

Experimente mit Mäusen

Ältere Mäuse, deren Dickkopf-Gen stillgelegt war, erreichten bei Tests dieselbe geistige Leistungsfähigkeit wie Jungtiere. Martin-Villalba und ihr Team haben nach den molekularen Ursachen für das Versiegen des Nerven-Nachschubs gesucht. Für eine konstante Neubildung von Nervenzellen sind neuronale Stammzellen im Hippocampus zuständig.

Bestimmte Moleküle in der direkten Umgebung der Stammzellen entscheiden, ob sie ruhen oder sich selbst erneuern. Sie können sich auch zu einer der beiden Arten spezialisierter Gehirnzellen, Astrozyten oder Nervenzellen, ausdifferenzieren. Zu diesen Faktoren zählt das Signalmolekül Wnt, das die Entstehung junger Nervenzellen fördert. Sein molekularer Gegenspieler ist das Dickkopf-1.

Anwendung noch Zukunftsmusik

"Es gibt Indizien dafür, dass es beim Menschen genauso sein könnte", sagt Martin-Villalba. Die Ergebnisse werfen die Frage auf, ob die Funktion von Dickkopf-1 mit Medikamenten ausgeschaltet werden kann. Tatsächlich werden Antikörper, die das Dickkopf-Protein blockieren, bereits klinisch geprüft - zur Behandlung eines ganz anderen Krankheitsbildes. "Es ist faszinierend zu spekulieren, dass ein solcher Wirkstoff den altersbedingten kognitiven Abbau bremsen könnte. Das ist jedoch noch Zukunftsmusik", so Martin-Villalba abschließend.

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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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Stress und Depression lassen Gehirn schrumpfen

Synapsenbildung durch Genschalter-Aktivierung verhindert

Gehirn: Volumen kann durch Stress abnehmen
(Foto: Monika Torloxten)

New Haven/Wien (pte003/30.11.2012/06:10) - Menschen, die unter chronischem Stress sowie schweren Depressionen leiden, können von einer Reduktion des Gehirnvolumens betroffen sein. Dieser Abbau kann nicht nur zur emotionalen, sondern auch zur kognitiven Dysfunktion führen. Laut Forschern der Yale University nach weist einiges auf einen bestimmten genetischen Schalter hin, der einerseits eine Abnahme der Verknüpfungen des menschlichen Gehirns, andererseits bei Tiermodellen depressive Symptome auslöst.

Transkriptionsfaktor verantwortlich

"Langjährig depressive Patienten sind in der Regel häufiger von kognitiven Defiziten betroffen. Außerdem ist die Belastbarkeit Betroffener geringer, was sich wiederum negativ auf die Leistungsfähigkeit auswirkt. Oft gehen Depressionen und Dauerstress auch mit einer Einschränkung im sozialen Bereich einher und münden in einem dynamischen Prozess, der sukzessive stärker wird", so Hubert Poppe, Facharzt für Psychiatrie und Neurologie, im Gespräch mit pressetext. Darüber hinaus könne die Erkrankung Konzentrationsschwierigkeiten zur Folge haben.

Die Forscher untersuchten die verschiedenen Muster der Hirnaktivitäten von depressiven und gesunden Menschen. Den Ergebnissen zufolge weist das Hirngewebe der depressiven Patienten eine weitaus geringere Expression jener Gene auf, die für die Funktion und Struktur der Synapsen zuständig sind. Der Genschalter, der sogenannte Transkriptionsfaktor, verhindert die Expression dieser Gene und bewirkt somit den Verlust des Volumens. Die Aktivierung des entsprechenden Faktors hat bei Tests depressive Verhaltensweisen von Nagetieren bewirkt.

Essenzielle Schaltkreise unterbrochen

Laut Seniorautor Donald Duman zeigt die Studie, dass die Aktivierung dieses Transkriptionsfaktors zur Störung der Schaltkreise, welche an Emotionen und Wahrnehmung beteiligt sind, führt. Außerdem hofft Duman durch Vermehrung der synaptischen Verbindungen mithilfe von Medikamenten und Verhaltenstherapien, effektivere Behandlungsmethoden für Depressionen entwickeln zu können. In Zukunft wäre es denkbar, dass diese genetische Veränderung Aufschluss darüber gibt, ob jemand von schweren Depressionen oder Dauerstress betroffen ist.

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Menschen glauben Lügen eher als Wahrheit

Negatives etabliert sich aufgrund schwieriger Verdrängung einfacher

Kampf: Wahrheit wird oftmals verdrängt
(Foto: pixelio.de, G. Altmann)

Western Australia (pte002/25.09.2012/06:05) - Die neueste Forschung der Western Australia Universität besagt, dass Menschen weiterhin an Lügen glauben, auch wenn sich diese als falsch erwiesen haben. Diese negative Festigung im Gehirn ist darauf zurückzuführen, dass das Zurückweisen einer Information eine höhere kognitive Anstrengung verlangt als das Akzeptieren einer Auskunft.

Lügen führen zu Handlungsstörungen

Fehlinformation festigt sich vor allem dann, wenn sie mit unseren präexistierenden politischen, religiösen und sozialen Einstellungen übereinstimmt. Die Mühe des Zurückziehens dieser falschen Sachverhalte führt oft zum gegenteiligen Ergebnis - der Stärkung dieser. Dieses Phänomen erschwert eine Gedankenänderung auf drei Ebenen.

Auf der individuellen Ebene führt ein Irrglaube über Gesundheitsmaßnahmen, wie der ungerechtfertigten Angst vor Impfungen, zu schwerwiegenden gesundheitlichen Problemen. Auf der sozialen Ebene können Lügen über politische Angelegenheiten zu Schaden führen. Auf der globalen Ebene hingegen können Handlungen zugunsten des Klimawandels durch bestehende Fehlinformation verhindert werden.

Negatives hat höheren Unterhaltungswert

Der Wiener Soziologe und Lügenforscher Peter Stiegnitz offenbart im Interview mit pressetext, dass sich dasselbe Phänomen auch bezüglich negativer Schlagzeilen ergibt. "Der Mensch tendiert dazu, Negatives wahrscheinlicher zu glauben als Positives, da der Unterhaltungswert größer ist", erklärt der Wissenschaftler. "Erst wenn sich ein Zug um Stunden verspätet, schreiben die Medien darüber, weil sich Negativschlagzeilen besser verkaufen", führt Stiegnitz aus.

Der Mensch hätte des Weiteren nichts dagegen, wenn er in einem geringen Maße angelogen würde. Um auch Positives zu glauben, müsse man Information auf sich selbst beziehen. "Man muss die eigene Stärke suchen - dann glaubt man auch an das Positive, wie zum Beispiel Schmeicheleien", erklärt der Lügenforscher abschließend.

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Erhöhter Blutzucker schrumpft das Gehirn

Reduktion bei Gedächtnis- und Kognitionsregionen

Blutzucker: Stoffwechsel-Schäden betreffen auch das Gehirn
(Foto: Flickr/Levine)

Canberra/München (pte004/06.09.2012/06:15) - Nicht bloß Typ-2-Diabetes kann zum Abbau der Gehirnzellen beitragen, sondern womöglich auch ein bloß erhöhter Blutzuckerspiegel noch im oberen Bereich der Normalwerte. Darauf weisen australische Forscher in der Fachzeitschrift "Neurology". Zwar besteht weiterer Klärungsbedarf, doch könnten die Ergebnisse der Studie dazu führen, dass künftig die Definition von Normalzucker und Diabetes neu überdacht wird, sagen die Autoren.

Beeinträchtigte Neuronen

"Bisher ist bekannt, dass sich Stoff­wechsel­erkrank­ungen wie Diabetes auf die Gefäße und in Folge auch auf die Nervenzellen und das Gehirn auswirken. Erforscht ist dieser Umstand aber erst wenig", erklärt Günter Stalla, Leiter der endokrinologischen Ambulanz am Max-Planck-Institut für Psychiatrie, im pressetext-Interview. Unklar ist etwa, ob neben diesen sekundären Veränderungen auch hohe Blutzuckerspitzen ähnlich wirken.

Verdacht auch bei Nicht-Diabetikern

Die Studienautoren um Nicolas Cherbuin von der Australian National University untersuchten 249 Menschen zwischen 60 und 64 Jahren mit "normalem" Blutzucker. Darunter fallen laut WHO Werte unter 110 mg/dl bei Nüchternheit. Ab diesem Punkt beginnt die abnorme oder gestörte Glukosetoleranz, für die bereits ein Diabetes-Verdacht gilt, ehe man ab 126 mg/dl Zuckergehalt im Blut von Diabetes mellitus spricht.

Zu Studienbeginn sowie vier Jahre später scannten die Forscher die Gehirne der Probanden. Jene, deren Zuckerwert im oberen Teil des noch als "normal" bezeichneten Bereiches lag, hatten weit eher an Gehirnvolumen in den Gebieten des Hippocampus und der Amygdala verloren als andere mit niedrigen Zuckerwerten. Die betroffenen Gehirnregionen sind für das Gedächtnis und kognitive Fähigkeiten zuständig. "Scheinbar beeinflusst auch bei Menschen, die nicht Diabetes haben, erhöhter Blutzucker die Gehirn­gesundheit", sagt Cherbuin.

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Kaiserschnitt verzögert Gehirnentwicklung

Kurz- und Langzeitgedächtnis profitieren von normaler Geburt

Schwangere und Neuronen: Geburt beeinflusst Entwicklung
(Bild: Yale/Helfenbein)

New Haven/Madrid/Berlin (pte018/10.08.2012/13:55) - Für das Gehirn des Neugeborenen macht es einen Unterschied, ob es das Licht der Welt per normaler Geburt oder infolge eines Kaiserschnitts erblickt. Vaginalgeburten sorgen für die Expression eines Proteins, das die Entwicklung des Hippocampus bis hin zu dessen Funktionstüchtigkeit im Erwachsenenalter verbessert, zeigen Forscher vom Madrider Instituto Cajal sowie der Yale School of Medicine in der Zeitschrift PloS ONE.

Schlüssel zur Neuronenbildung

Die Forscher um Tamas Horvath untersuchten die Auswirkungen einer natürlichen und operativen Geburt auf das Protein UCP2 (Mitochondrial uncoupling protein 2). Dieses bestimmt die Entwicklung der Neuronen und deren Netzwerke im Hippocampus, der für das Kurz- und Langzeitgedächtnis zuständigen Gehirnregion. UCP2 spielt zudem beim zellulären Stoffwechsel von Fett aus der Muttermilch mit, weshalb die Ausschüttung des Proteins bei der natürlichen Geburt den Übergang zum Stillen erleichtern dürfte, vermuten die Forscher.

Die Vaginalgeburt löst die Expression des UCP2 bei den Neuronen im Hippocampus aus, ermittelten die Forscher durch Experimente an Labormäusen, während dieser Prozess nach einer Sektio-Geburt nur abgeschwächt stattfand. Wurde das UCP2-Gen ausgeschaltet oder die Funktion des Proteins chemisch unterbunden, so beeinflusste dies die Ausdifferenzierung der Neuronen und Netzwerke im Hippocampus und schädigte auch das Verhalten im Erwachsenenalter, sofern es mit dieser Gehirnregion in Verbindung stand.

"Die Ergebnisse zeigen eine potenziell entscheidende Rolle von UCP2 in der Entwicklung von Netzwerken im Gehirn und daraus folgender Verhaltensweisen", sagt Horvath. Bewahrheitet sich die Annahme, wäre das ein brisantes Ergebnis, nehmen doch weltweit Kaiserschnitte, die nur aus Bequemlichkeit statt aus medizinischer Notwendigkeit durchgeführt werden, drastisch zu. "Dieser Trend könnte nachhaltige Folgen auf das mensch­liche Gehirn haben, die bisher völlig übersehen wurden", so der Mediziner.

Auch Atmung und Stoffwechsel beeinträchtigt

"Mäuse liefern bei vielen Krankheitsbildern sowie für die Gehirnentwicklung ein Modell, das mit über 90-prozentiger Treffsicherheit auch beim Menschen zutrifft. Vieles im Nervensystem läuft identisch ab", erklärt die Berliner Genforscherin und Entwicklungsbiologin Carmen Birchmeier-Kohler im pressetext-Interview. Aus­wirkungen der Geburtsform sind auch auf das Kleinhirn bekannt. "Tiere, die nicht durch den normalen Geburtsvorgang geboren wurden, hatten später ein unreifes Atmungszentrum."

Nachteilige Wirkung der Schnittgeburt auf die Atmung - speziell bei Frühgeborenen - sind jedoch auch für die Lunge dokumentiert (pressetext berichtete: http://bit.ly/MGcPfE). Fachexperten erklären diesen Effekt unter anderem durch den Wegfall der Resorption der Lungenflüssigkeit, die sonst bei einer Spontangeburt durch die Wehen begünstigt wird. Weitere aktuelle Studien deuten darauf, dass Kaiserschnitt-Entbundene im späteren Lebensverlauf ein höheres Adipositas-Risiko ausgesetzt sind (siehe: http://bit.ly/OPiVGa).

Originalstudie unter http://bit.ly/MXVVEI

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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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TruthWave: EEG-Helm enttarnt Lügner

Hirnwellen-Analyse unterscheidet zwischen bekannt und unbekannt

Gehirn: EEG-Helm ermöglicht Wahrheitsfindung
(Foto: sxc.hu/artM)

New York (pte023/12.07.2012/13:58) - Forscher des Unternehmens Veritas Scientific arbeiten an einer neuen Art von Lügendetektor. Statt die Stimme auf Unregelmäßigkeiten zu untersuchen - eine zu wenig präzise und für Manipulation anfällige Methode - kommt hier ein Helm zum Einsatz. Dieser analysiert die Hirnwellen des Probanden über mehrere Elektroden, deren Analyse nach dem "TruthWave"- Verfahren die Überführung bei Falschaussagen ermöglichen soll.

Der Helm sieht aus wie die futuristische Version eines Motorradfahrer-Kopfschutzes, schreibt IEEE Spectrum. Im Kopfraum befinden sich Sensoren, die über die Messung von Elektrizität das Abbild der Gehirnwellen erfassen. Vor den Augen befindet sich ein kleines Display, das mit Inhalt gefüttert werden kann. Die Konstruktion ist vollständig schalldicht, um Ablenkung zu vermeiden.

Dummy-Bilder erleichtern Analyse

Der Träger wird mit Bildern konfrontiert. Anhand des Musters der P300-Wellen soll daraufhin feststellbar sein, ob der abgebildete Ort, Gegenstand, Name oder Mensch dem Probanden bereits bekannt ist, oder nicht. So ließen sich Verbrecher besser und schneller aufklären und leichter Personennetzwerke für weitere Ermittlungen konstruieren.

Zur Vermeidung von Fehlern werden wichtige Aufnahmen in eine Reihe von "Dummy-Bildern" gemischt. Der Überraschungseffekt führt zu deutlicheren Unterschieden im elektrischen Signal des menschlichen Denkorgans, was die Unterscheidung zwischen "bekannt" und "unbekannt" leichter macht. Zusätzlich tauchen zwischen­durch Befehle auf, die den Nutzer auffordern, einen Knopf zu drücken, um seine Aufmerksamkeit hoch zu halten.

Letzte Bastion der Privatsphäre fällt

Des nützlichen aber auch schädlichen Potenzials dieser an den Film "Minority Report" erinnernden Erfindung ist sich Veritas-CEO Eric Elbot durchaus bewusst. "Die letzte Bastion der Privatsphäre ist unser Gedächtnis. Dort dringen wir ein", so seine Äußerung. Mögliche Anwendungen sieht er im Bereich der Befragung von Ver­dächtigungen und Zeugen bei Ermittlungen oder vor Gericht als auch im Zuge von Firmenübernahmen. Elbot kann sich auch vorstellen, dass das System auch einmal als Smartphone-App umgesetzt wird.

Trotz aller Vorkehrungsmaßnahmen ist der Helm noch längst nicht perfektioniert. An der Zuverlässigkeit der Auswertung, deren Konzept auf der Forschung des Neurologen und Psychologen J. Peter Rosenfeld von der Northwestern University beruht, wird noch verbessert. Das Endprodukt soll zudem angenehmer zu tragen sein. Wann erstmals ein Verdächtiger mit TruthWave überführt werden könnte, steht noch nicht fest.

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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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Übermäßiges Internet-Surfen zerstört Gehirne

Steigende Online-Zeit verändert Struktur des Denkorgans

Gehirn: passt sich einseitiger Belastung an
(Foto: pixelio.de, G. Altmann)

Hannover (pte011/11.04.2012/11:59) - Das US-Infor­mationsportal Forensic Psychology hat Daten zusammengetragen, die den Einfluss der wachsenden online verbrachten Zeit zusammenfassen. Demnach verbringen die Menschen gemeinsam jeden Monat 35 Mrd. Stunden im Netz und konsumieren dabei täglich drei Mal so viel Information wie in den 1960er-Jahren. 61 Prozent der US-Amerikaner bezeichnen sich bereits als Internet-abhängig. Das dauernde Multitasking und die nicht-lineare Struktur des Internets hinterlassen mittlerweile deutliche Spuren im Gehirn.

"Übermäßiger Konsum ist definitiv schädlich. In Deutschland sind etwa fünf Prozent der Jugendlichen internet- oder computersüchtig. Weitere fünf bis zehn Prozent betreiben Missbrauch. Dabei hinterlässt alles was wir machen Spuren im Gehirn. Das heißt nicht, dass das Internet schlecht ist oder abgeschafft werden soll. Die Technik bietet wunderbare Möglichkeiten. Kinderzimmer sollten meiner Meinung nach aber komplett bildschirmfrei gehalten werden", sagt Christoph Möller vom Kinder und Jugendkrankenhaus auf der Bult in Hannover gegenüber pressetext.

Schlechtes Lernen

Vor allem bei der Arbeit werden Computer immer unverzichtbarer. Im Schnitt wechselt ein US-Amerikaner bei der Arbeit alle zwei Minuten mehrmals zwischen verschiedenen Anwendungen, Fenstern und Programmen. Über 95 Prozent haben gleichzeitig mehrere Tabs in ihrem Browser geöffnet. Dabei verursacht Multitasking erwiesenermaßen Stress und senkt die Leistungsfähigkeit des Nervensystems. Auch unsere Fähigkeit, Informationen zu speichern, leidet durch die übermäßige Verwendung des Internets. Musste früher die gesuchte Information gespeichert werden, merken sich Menschen heute eher die Wege zum Wissen.

"Im Internet verfolgen die User nicht stringent einen Gedanken, sondern sie bewegen sich assoziativ. So merken sie sich maximal die Wege", sagt auch Möller. Das hat auch Einfluss auf die schulischen Leistungen. "Je mehr Zeit Kinder vor dem Bildschirm verbringen, desto schlechter sind sie in der Schule. Das liegt vor allem daran, dass sie neben der Online-Kommunikation wenig Zeit für Schulisches haben", erklärt der Experte. Die neuen Möglichkeiten Kontakte aufzubauen und zu erhalten, machen Menschen noch nicht einmal glücklicher.

Tendenz zur Depression

Laut der US-Statistik ist das Risiko einer Depression für Menschen, die übermäßig viel Zeit im Netz verbringen, 2,5 Mal so hoch wie für den Durchschnitt. "Hier stellt sich die Frage nach der Henne und dem Ei. Meiner Meinung nach ist es eher umgekehrt. Menschen mit psychischer Vorbelastung neigen eher dazu, sich im Netz zu vergraben. Die Online-Freundschaften, die ohne Kontakt auskommen, betäuben den zugrundeliegenden Schmerz jedoch nur kurzfristig, ähnlich wie Alkohol oder Drogen", so Möller.

Neben Depressionen leiden überdurchschnittlich häufige Internetnutzer auch an einem Rückgang der weißen Substanz in den Gehirnarealen für Erinnerung, Sprache, Emotion und Sinneseindrücke um bis zu 20 Prozent. "Das Internet stellt sehr einseitige Anforderungen an unser Nervensystem. Das Gehirn reagiert auf solche dauerhaften Einflüsse. Jugendliche haben durch das häufige Schreiben von SMS beispielsweise ein vergrößertes Daumen-Areal im Hirn. Andere Regionen verkümmern dagegen", sagt Möller.

Bei ihrer Einführung werden neue Medien oft verteufelt. Das war schon bei der Erfindung des Buchdrucks der Fall. Beim Internet kommt jedoch eine neue Komponente hinzu. "Durch Computerspiele wird aktiv eine Sucht erzeugt. Durch die Aufrüstung von Charakteren beispielsweise entsteht ein starker Impuls, länger zu verweilen. Manche Jugendliche wissen bereits nicht mehr, wie sie sich im sozialen Miteinander verhalten sollen", erklärt Möller. Der Experte plädiert für einen verantwortungsbewussten Umgang mit der Technologie.

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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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Gehirn: Nikotin vergrößert "Arbeitsspeicher"

Raucher bei Tests mit höherer Reaktionsgeschwindigkeit

Raucher: Nikotin verhilft zu Höchstleistungen
(Foto: pixelio.de, G. Gumhold)

Mailand (pte004/09.02.2012/06:15) - Wissenschaftler am Istituto di Bioimmagini e Fisiologia Molecolare und der Università di Milano - Bicocca haben neue Erkenntnisse über die Wirkung von Nikotin auf das menschliche Gehirn gewonnen. Damit eröffnen sich neue Wege, den bei Alzheimer-Patienten typischen Gedächnis- und Motorikstörungen entgegenzuwirken.

Überraschende Testergebnisse

Verglichen wurden eine Gruppe von Rauchern mit einem Tageskonsum von sieben bis 20 Zigaretten und eine Gruppe von absoluten Nichtrauchern, wobei auch auf die Ähnlichkeit in der psychosomatischen und kulturellen Zusammensetzung geachtet wurde. Die Teilnehmer mussten mit fest gerichtetem Blick zuvor angekündigte, über das Blickfeld unregelmäßig verteilte Gegenstände oder Informationen erkennen und dies mit einem Tastendruck bestätigen.
Eine zweite Aufgabe bestand darin, möglichst schnell entweder mit dem Zeige- oder dem Mittelfinger auf eine Abfolge von Zeichen zu reagieren. Während der Tests wurde mithilfe von 128 Sensoren die bioelektrische Hirntätigkeit der Probanden gemessen. "Dieses Vorgehen hat uns ermöglicht, die Funktionsfähigkeit des Gehirns in Abhängigkeit von der jeweils gestellten Aufgabe zu erkunden", so Projektleiterin Alice Mado Proverbio.

Mögliche Alzheimer- und Parkinson-Therapie

"Beim Test zur räumlichen Wahrnehmung war kein signifikanter Unterschied hinsichtlich der Reaktionsgeschwindigkeit zwischen beiden Gruppen festzustellen", unterstreicht die Fachfrau. Anders stellt sich das Ergebnis jedoch bei der Versuchsanordnung unter gleichzeitiger Erprobung der Gedächnis- und Reaktionfähigkeit dar.
"Dort waren die Raucher im Schnitt 50 Millisekunden schneller, allerdings auch um 100 Millisekunden langsamer bei der Aufgabe, die sachlich richtige Reaktionsentscheidung zu treffen", so die italienische Forscherin. Dank der Verwendung der Low Resolution Electromagnetic Tomography (Loreta) ist es möglich, die fundamentale Rolle der Neuronen in der vorderen Gehirnspähre bei der durch Nikotinzufuhr gesteigerten Fähigkeit der "working memory" zu ermitteln.
Sie könnten den Weg für eine therapeutische Nutzung des Nikotins bei Alzheimer- und Parkinson-Patienten eröffnen. Die Einzelheiten der Untersuchung sind beim Weltkongress der Society of Neuroscience in Washington vorgestellt worden.

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Pianisten: Gehirn verarbeitet Sprache nicht besser

Musizieren hilft jedoch bei Auswertung mehrfacher Sinnesreize

Klavier: Musiker nehmen Fehler nur bei Musik wahr
(Foto: pixelio.de, baxel)

Tübingen (pte013/28.11.2011/12:00) - Wie Menschen mit den Sinnen Signale des Gehirns zeitlich verknüpfen, hängt von ihrer sensomotorischen Erfahrung ab. Das haben zwei Forscherinnen des Max-Planck-Instituts für biologische Kybernetik in Tübingen bei einer Vergleichsstudie mit Musikern und Nichtmusikern zur gleichzeitigen Reizver­arbeitung aus mehreren Sinnen im Gehirn festgestellt. Bei Klavierspielern weiß man, dass sie über die Jahre ein präzises Gespür dafür entwickeln, wie die Tasten­bewegungen und Töne zeitlich zusammenhängen. Ob aber Lippenbewegungen und Sprache synchron zueinander sind, können sie nicht besser beurteilen als Nichtmusiker.

Geschultes Gehör merkt Fehler

"Wir fanden heraus, dass Pianisten deutlich genauer als Nichtmusiker merken, ob die Fingerbewegungen am Klavier und die gehörten Töne in der zeitlichen Abfolge übereinstimmten oder nicht", sagt Forscherin HweeLing Lee gegenüber pressetext. Danach ruft bei Pianisten die Wahrnehmung asynchroner Musik und Handbewegungen verstärkte Fehlersignale in einem Schaltkreis zwischen Kleinhirn, prämotorischen und assoziativen Hirnarealen hervor. Allerdings zeigen sich diese Unterschiede bei den Experimenten mit gesprochenen Sätzen und Lippenbewegungen nicht.

Obwohl Asynchronizität bei Sprache und Musik im Gehirn die gleichen Bereiche aktiviert. "Die Reizverarbeitung im Gehirn der Klavierspieler deutet auf einen kontextspezifischen Mechanismus hin: Durch das Üben am Klavier wird im Schaltkreis von Kleinhirn und prämotorischer Großhirnrinde ein Vorwärtsmodell programmiert, das der Person sehr viel präzisere Vorhersagen über den korrekten zeitlichen Ablauf der Seh- und Hörsignale ermöglicht", erklärt MPI-Forscherin Uta Noppeney.

18 Pianisten gegen 19 Nichtmusiker

Ein asynchroner Reiz meldet also einen Fehler bei der Vorhersage. Die Forscherinnen sehen dies als wichtigen Hinweis, wie das Gehirn allgemein plastisch auf sensomotorische Erfahrungen reagieren kann. Ob Pianisten bei der Beurteilung von Geigenmusik ähnlich gut abschneiden würden, wissen die Forscherinnen noch nicht. "Der nächste Untersuchungsschritt bei der Verarbeitung mehrfacher Sinnesreize im Gehirn muss sein, dass wir die Studienteilnehmer selbst gezielt trainieren, um die Effekte genauer zu untersuchen", sagt Noppeney.

In der Studie haben die MPI-Wissenschaftlerinnen verglichen, wie gut 18 Amateurpianisten gegenüber 19 Nichtmusikern die zeitliche Übereinstimmung einerseits von Fingerbewegungen auf der Tastatur und einer Melodie beziehungsweise andererseits von Lippenbewegungen und gesprochenen Sätzen wahrnehmen können. "Für diese Studie haben wir uns zunutze gemacht, dass die Pianisten seit vielen Jahren speziell diese Tätigkeit trainieren, bei der mehrere Sinnesreize, nämlich Seh- und Hörinformationen, Bewegung und die Berührung der Klaviertasten verbunden werden müssen", erklärt Noppeney.

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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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Prozessor imitiert Gehirn

Neuentwicklung von IBM soll Paradigmenwechsel einleiten

Prozessor: IBM-Neuentwicklung arbeitet wie ein Gehirn
(Foto: IBM)

Armonk, New York (pte019/18.08.2011/11:55) - IBM hat die erste Generation eines Computerprozessors vorgestellt, der wie ein Gehirn arbeitet. Aktuell verfügt der Chip über die Fähigkeiten zur Mustererkennung, Bildverarbeitung, Klassifikation und assoziativen Speicherung. Zukünftig soll er mit Sinneserfassung ausge­stattet werden und in verschiedenen Bereichen einsetzbar sein - von der Finanzmarktanalyse bis zur Frischekontrolle im Supermarkt. Die neue Architektur merzt dabei auch Probleme der klassischen von-Neumann-Bauweise aus, die den Prozessorenentwicklern zunehmend zu schaffen machen.

Klein und sparsam

"Es ist der erste kognitive Prozessorkern, der das Rechnen über Neuronen, Speicher in der Form von Synapsen und Kommunikation über Axome vereint", sagt Entwicklungsleiter Dharmendra Modha gegenüber CNET. Geforscht wird im Rahmen des "Systems of Neuromorphic Adaptive Plastic Scalable Electronics" (SyNAPSE) der Defense Advanced Research Projects Agency (DARPA).

Ziel ist es, ein System zu schaffen, welches nicht nur komplexe Informationen über verschiedene Sensoren erfassen und analysieren kann, sondern sich selbst über die Interaktion mit der Umwelt immer wieder neu programmiert. Dabei gilt es, das System - vergleichbar einem organischen Gehirn - möglichst kompakt und energieeffizient zu gestalten.

Vielseitige Rechenmeister

Ausgestattet ist der Erstling mit 256 Neuronen, 262.144 programmierbaren Synapsen und 65.536 Schaltstellen für Lernprozesse. Alle Komponenten sind non-organisch, lehnen sich aber in ihrer Bauweise stark am Vorbild aus der Natur an. Angestrebt wird die Entwicklung eines Prozessors mit der Kapazität eines Säugetierhirns, dessen Strukur jedoch um mehr als das Millionenfache komplexer ist. An der Forschung beteiligen sich neben sechs Labors von IBM auch fünf Universitäten.

Modha kann sich zukünftig verschiedenste Anwendungsbereiche für die intelligenten Chips vorstellen. So wären damit theoretisch extrem präzise Finanzmarktanalysen möglich als auch die Überwachung der weltweiten Wasserbewegungen, inklusive rechtzeitiger Warnungen vor Tsunamis. Im Alltag könnten die Chips den Angestellten von Supermärkten behilflich sein, Ware auszusortieren, die schlecht geworden ist.

Dies ist möglich, weil sie mit der Fähigkeit zu Sinnesempfindungen ausgestattet werden können, so der Wissenschafter. Während sie visuelle, geruchliche und haptische Inputs verarbeiten, sind sie in der Lage, in verschiedenen Betriebsmodi auf einmal zu arbeiten und bei einer geringen Größe mit weniger als 20 Watt an Energiezufuhr auskommen. Wann erste kommerzielle Anwendungen für die neuen Chips verfügbar sind, steht noch in den Sternen.

Paradigmenwechsel

Modha hofft, ein neues Paradigma im Bereich des Computerwesens einführen zu können. Zwar sieht man bei IBM das neue Design als Ergänzung zur herkömmlichen Computertechnik, jedoch umgeht das Prozessorsystem Probleme der seit Jahrzehnten gängigen Rechnerbauweise - auch bekannt als von-Neumann- oder Princeton-Architektur. Diese ist aufgrund ihres streng sequenziellen Verfahrens zwar kaum fehleranfällig und programmiertechnisch vorteilhaft, lässt aber nur einzelne, aufeinanderfolgende Befehlsabarbeitung zu.

Zusätzlich muss die Verbindung (Bus) zwischen CPU und Speicher sowohl den Daten- als auch den Befehlsfluss bewältigen, und wird damit immer mehr zum Flaschenhals. Dieser wirkt sich unter anderem negativ auf die Entwicklung schnellerer Speichermodule aus, deren Latenzzeiten nicht mit dem Voranschreiten der Prozessor-Taktfrequenzen mithalten können, schreibt der Chiphersteller Intel in einem Whitepaper aus dem Jahre 2005.

Von diesem Umstand soll die neue Technologie nicht betroffen sein, da sie den Speicher in den Prozessor integriert und ereignisbasierte, dezentrale und parallele Verarbeitung von Inputs beherrscht.

Intel-Whitepaper "Platform 2015 Documentation"

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