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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Lernen stark von Sinnesinformationen abhängig

Tests verbessern Werte der Zwei-Punkt-Diskriminationsschwelle

EEG-Messung: fällt bei Probanden unterschiedlich aus
(Foto: MPI CBS Leipzig)

Berlin (pte004/14.02.2013/06:15) - Der Grund, warum manche Menschen schlechter lernen als andere liegt daran, dass das Gehirn die Informationen unzureichend an den entscheidenden Stellen verarbeitet. Manche speichern Sinnesinformationen nicht ausreichend, so Forscher der Ruhr-Universität Bochum, der Humboldt-Universität zu Berlin, der Charité - Universitätsmedizin Berlin und des Leipziger Max-Planck-Instituts (MPI) für Kognitions- und Neuro ­wissen ­schaften.

Reaktion nicht immer gleich

In einem Experiment trainierten die Wissenschaftler den Tastsinn der Probanden, indem sie die Haut an der Hand elektrisch stimulierten. Der Tastsinn gewinnt dadurch üblicherweise an Sensibilität. Die Forscher reizten 30 Minuten lang wiederholt den Tastsinn der Teilnehmer. Vor und nach diesem passiven Training testeten sie die sogenannte Zwei-Punkt-Diskriminationsschwelle - ein Maß für die Sensibilität des Tastsinns.

Dabei übten sie mit zwei Nadeln sanften Druck auf die Hand aus. Dann bestimmten die Forscher den kleinsten Abstand zwischen den Nadeln, bei dem die Testperson sie noch als separate Reize wahrnahm. Im Durchschnitt verbesserte das passive Training die Diskriminationsschwelle um zwölf Prozent. Allerdings nicht bei jedem der 26 Teilnehmer.

EEG-Werte geben Aufschluss

Warum manche besser lernten als andere, untersuchte das Team mittels EEG. Bei guten Lernern veränderte sich die Hirnaktivität im EEG, genauer gesagt die Alpha-Wellen. Diese zeigen unter anderem an, wie effektiv das Gehirn die sensorische Information, die man zum Lernen braucht, verwertet. "Eine spannende Frage ist nun, inwieweit sich die Alpha-Aktivität mit Biofeedback willentlich beeinflussen lässt", sagt Hubert Dinse vom Neural Plasticity Lab der Ruhr-Universität Bochum.

"Das könnte enorme Implikationen für die Therapie nach Hirnschädigung oder ganz allgemein für das Verständnis von Lernvorgängen haben", weiß Dinse. Wie gut wir lernen, hängt von genetischen Aspekten, der individuellen Gehirnanatomie und nicht zuletzt der Aufmerksamkeit ab. "Wir haben in den vergangenen Jahren ein Verfahren etabliert, mit dem wir bei Menschen Lernprozesse auslösen, die keine Aufmerksamkeit erfordern", sagt Dinse. Diesen Faktor konnten die Forscher also ausklammern.

Wissen nützlich für Behandlung

"Wie der Alpha-Rhythmus es schafft, das Lernen zu beeinflussen, untersuchen wir mit Computermodellen. Wir können mit dem Alphaeffekt eine Vorhersage treffen, wie gut jemand lernen kann", sagt Petra Ritter, Leiterin der Arbeitsgruppe BrainModes am MPI Leipzig und der Berliner Charité, gegenüber pressetext.

"Erst wenn wir die Art der komplexen Informationsverarbeitung des Gehirns verstehen, können wir ganz gezielt in die Prozesse eingreifen, um bei Störungen zu helfen", fügt Ritter hinzu. Neue Therapieansätze zu entwickeln, ist das gesteckte Ziel des Kooperations-Netzwerkes, das Ritter koordiniert.

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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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Gehirn "erblindet" beim Erinnern

Objekte im Sehfeld werden nicht wahrgenommen

Konzentrierte Frau: Sehkortex wird deaktiviert
(Foto: pixelio.de, S. Hegewald)

London (pte002/04.10.2012/06:05) - Das Konzen­trieren auf eine Sache oder der Versuch, sich an etwas Bestimmtes zu erinnern, macht den Menschen blind für das, was um ihn herum passiert. Zu diesem Ergebnis kommt eine aktuelle Untersuchung des University College in London. Wenn Objekte während dieser aktiven kognitiven Tätigkeit direkt im Sehfeld stehen, sieht sie das Auge zwar, das Gehirn nimmt sie jedoch nicht wahr.

Lichtblitze ignoriert

Die Probanden der Erhebung wurden einer funktionellen Magnetenresonanztomographie ausgesetzt, die Aktivitäten im Gehirn misst. Den Teilnehmern wurde danach eine visuelle Erinnerungsaufgabe gegeben, wobei sie ein bestimmtes Bild gedanklich hervorrufen mussten.

Während dieses Denkprozesses scheiterten sie an der Wahrnehmung eines Lichtblitzes, der direkt in ihrem Sehfeld produziert wurde. Dieser konnte jedoch erkannt werden, wenn die Probanden frei von Gedanken waren.

Sehkortex deaktiviert

Ein ähnliches Phänomen wurde bereits mit dem bekannten Versuch "Invisible Gorilla" demonstriert, bei dem Zuschauer eines Basketballclips die Pässe zählen mussten und dabei den vorbeigehenden Gorilla übersahen. Die neuen Ergebnisse besagen, dass das visuelle Feld jedoch nicht obligatorisch mit Objekten verknüpft werden muss, um "blind" für andere zu sein. Alleine das bewusste Erinnern führt dazu, da der primäre Sehkortex ausgeschaltet wird.

Das Phänomen des geistlichen Erblindens kann Unfallgefahren erhöhen. Wenn Menschen versuchen, sich an den Weg, der ihnen zum Beispiel das Navigationssystem gezeigt hat, zu erinnern, so ist die Wahrscheinlichkeit größer, Störfaktoren und Gefahren auf der Straße zu übersehen, obwohl sie grundsätzlich gesehen werden.

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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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Intel will Smartphone mit Gehirn verbinden

Direktzugriff des Hirns auf Internet angekündigt - Mediziner skeptisch

Gehirn: laut Technikern bald mit Mobiltechnik angeschlossen
(Foto: Flickr/Purdy)

Santa Clara/Bamberg (pte001/05.05.2012/06:00) - Die Grenze zwischen Mensch und mobiler Technik verschwindet bald völlig, sagt der Chiphersteller Intel. "Die Konvergenz schreitet voran und die direkte Verbindung mobiler Technologien mit dem Körper ist der logische nächste Schritt. Unser biologisches Gehirn lässt sich durch ein digitales Gegenstück wie etwa mobile Endgeräte exponentiell erweitern", behaupten Consulter von Booz Allen Hamilton, die für Intel ein entsprechendes Weißbuch erstellt haben. Hirnforscher schütteln allerdings den Kopf und bezeichnen die Vision gegenüber pressetext als "Wunschdenken".

Gedanken in Echtzeit posten

Sobald Gedanken nahtlos in die Cloud und umgekehrt auch Daten in Echtzeit auf das Sehfeld übertragen werden, verwandeln sich Körper und Gehirn in Geräte mit allen damit verbundenen Vorteilen, sagen die Autoren. Das könnte bedeuten, ständig mit dem Internet verbunden zu sein, nie mehr einen Namen oder einen Termin zu vergessen, aber auch keine Routineuntersuchungen mehr beim Arzt zu benötigen, da Gesundheitsdaten ohnehin laufend von Sensortechnik erhoben und ausgewertet werden.

Forschung läuft

Völlig aus der Luft gegriffen sind solche Prognosen nicht, urteilt CNN-Blogger David Goldman, da längst an der Überwindung der denkbaren Hürden geforscht wird: Microsoft tüftelt am Betriebssystem für alle Geräte, IBM macht mit seinem Watson-Projekt Fortschritte bei natürlicher Spracherkennung. Neuesten Smartphones genügt das Gesicht des Nutzers zur Identifizierung, und sowohl Google als auch Microsoft arbeiten an Brillendisplays. Freilich stellt die Handhabung noch eine Bremse dar: Alle am Computer erledigte Arbeit sollte auch am Smartphone oder künftig sogar per Brille erledigt werden können.

Doch wo viel Licht, ist auch viel Schatten: Goldman nennt etwa den Datenschutz, für den es schon in der Facebook-Gegenwart keine richtige Lösung gibt. Prüfungen müssten für Cyborg-Gehirne völlig anders aussehen. Richtig knifflig sei jedoch die Frage, ob die Vernetzung etwa zu Sicherheitszwecken noch abgeschaltet werden kann, sobald sich jeder völlig auf sie verlässt. Laut Intel kommt das Smartphone-Hirn aber so oder so: "Die Zukunft ist nie sicher. Täglich wird es jedoch glaubwürdiger, dass Menschen bald mit Mobiltechnik durchdrungen sind, dass Körper und Gehirn Teil der Geräte werden und Leistungsgrenzen verschwinden."

Wissen über Gehirn fehlt

Mediziner sehen die Cyborg-Visionen freilich anders als Technologen. "Sollte auch die Technik einmal so weit sein, wird dennoch die Umsetzung nicht gelingen. Was fehlt, ist Wissen über unser Gehirn", betont Thomas Grüter, Autor des Buches "Klüger als wir? Auf dem Weg zur Hyperintelligenz" (siehe: http://pressetext.com/news/20111129005). Die erforderliche Schnittstelle sei aus Sicht der Gehirnforschung ein Ding der Unmöglichkeit, zudem sind die Anforderungen an derartige Geräte, keine Gewebsreaktionen oder Infektionen auszulösen, auch ernste medizinisch Probleme. "Die Risiken einer Gehirnoperation wären kaum verantwortbar", betont Grüter.

Als "Wunschdenken" enttarnt der Intelligenzforscher die Ankündigung Intels, die Leistung des Gehirns exponentiell zu steigern. "Die früher verbreitete Aussage, der Mensch nutze nur zehn Prozent seines Gehirns, ist längst widerlegt. Wir nutzen unser Gehirn schon heute voll aus. Mehr Informationen als jene, die wir bereits heute durch unsere Sinnesorgane aufnehmen, werden wir auch künftig nicht verarbeiten können."

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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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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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Schlafmangel verändert Verdrahtung des Gehirns

Fehlender Synapsen-Abbau bei Jugendlichen infolge von Wachbleiben

Wach in der Nacht: Schlaf ist die Synapsen-Müllabfuhr
(Foto: Flickr/Miller)

Madison/Leoben (pte004/11.10.2011/06:00) - Wenn Jugendliche zu wenig Schlaf bekommen, kann das langfristige Spuren im Gehirn hinterlassen. Einen Hinweis dafür bei Tieren haben Forscher der University of Wisconsin-Madison in der Zeitschrift "Nature Neuroscience" erbracht. Wie sie zeigen konnten, bringt Schlafmangel bei pubertären Mäusen den Rhythmus aus dem Gleichgewicht, in dem die Verbindungen zwischen den Gehirnzellen entstehen.

Ausgleich durch Schlaf

Die Verbindungen der Nervenzellen im Gehirn verändern sich je nach Tageszeit deutlich, zeigen frühere molekular- und elektrophysiologische Studien: Während die sogenannten Synapsen während der Wachzeit aufgrund der laufenden Lernerfahrungen zahlenmäßig zunehmen, werden sie im Schlaf wieder weniger, weil das Gehirn unnötige Verbindungen wieder auflöst. Im 24-Stunden-Rhythmus bleibt deshalb die Gesamt-Synapsenzahl in etwa gleich.

Gleichzeitig strukturiert sich auch in der Jugend das Gehirn neu, da sich gerade zu dieser Zeit viele neue Synapsen bilden und wieder eliminiert werden. Da Jugendliche oft sehr unregelmäßig schlafen - Chronobiologen bezeichnen das immer spätere Zubettgehen sogar als wesentliches Merkmal der Pubertät (pressetext berichtete: http://pressetext.com/news/20090422016) - wollten die Forscher nun den Effekt von Schlafentzug auf das Gehirn erheben.

Gestörte Verdrahtung

Untersucht wurden jugendliche Mäuse, die ein gelb fluoreszierendes Protein bilden. Das erlaubt es, die Zahl der Synapsen im Gehirn mittels Zwei-Photonen-Mikroskopie am lebenden Tier zu beobachten. Mäuse, die nach zehnstündiger Wachzeit zum Wachbleiben gezwungen werden, bilden im sensomotorischen Cortex weiterhin dendritische Dornen, welche die Synapsen beinhalten. Schlafende Tiere bauen hingegen Dornen ab, zeigte sich.

"Wenn man in der Jugend auf Dauer zu viel Schlaf verliert, könnte das den Ergebnissen zufolge lange anhaltende Folgen für die Verdrahtung des Gehirns haben", so die Studienleiterin Chiara Cirelli. Ob der in der Jugend manchmal auftretende chronische Schlafmangel denselben Effekt habe wie die akute Manipulierung, sei jedoch noch nicht geklärt. "Möglicherweise sind die Veränderungen harmlos, kurzfristig und reversibel - oder sie beeinträchtigen die Gehirnreifung dauerhaft. Wir wissen es noch nicht."

Leistungsfähigkeit und Verhalten

"Langfristige neurologische Bewegungsstörungen durch Schlafmangel in der Jugend sind nicht bekannt. Durchaus tritt aber Schlafmangel gemeinsam mit kognitiven und psychiatrischen Problemen auf", erklärt Reinhold Kerbl, Präsident der Österreichischen Gesellschaft für Schlafmedizin, im pressetext-Interview. Betroffen sind dabei etwa die Lern- und Denkleistung, die Konzentrationsfähigkeit, hormonelle Veränderungen bis hin zum depressiven Verhalten, Aggression und ADH-Störungen.

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Computer baut Gehirnbilder nach

Forscher: "Öffnen ein Fenster zu den Filmen in unserem Kopf"

Gehirn: fMRI-Aufnahmen zeigen die Aktivität der Sehrinde
(Foto: Gallant Labs)

Berkeley (pte017/23.09.2011/13:30) - In einem potenziell bahnbrechenden Versuch haben Wissenschafter der Universität Berkeley die Verarbeitung visueller Reize im menschlichen Hirn sichtbar gemacht und ihre Ergebnisse auf Video dokumentiert. Ihr Experiment könnte ein neues Kapitel in der Erforschung des Denkorgans aufschlagen. Berkeley-Neurologe Jack Gallant spricht im Journal "Current Biology" von einem "Meilenstein in der Rekon­struktion innerer Bildverarbeitung."

Per YouTube zum Nachbau

Ein komplexes Verfahren ermöglichte es, erstmals einen plastischen, visuellen Output aus gemessener Hirnaktivität zu extrahieren. Drei Probanden sahen sich über mehrere Stunden Trailer von Kinofilmen an, während ein funktioneller Magnetresonanztomograph (fMRI) den Blutfluss durch die Sehrinde (cortex visualis) analysierte.

Das aufgezeichnete Material wurde dann von einem Computer in dreidimensionale Pixel (Voxel) konvertiert. Gleichzeitig lernte der Rechner, gesehene Farben und Formen bestimmten Aktivitätsmustern zuzuordnen. Schließlich indizierte ein Algorithmus 18 Millionen Sekunden aus zufällig ausgewählten YouTube-Videos und legte auf Basis des Gelernten eine Datenbank an, die Hirntätigkeiten mit verschiedenen Szenen verknüpfte.

Jene 100 Clips, die gemäß Berechnung die ähnlichsten Cortex-Aktivitäten im Vergleich zu den von den Probanden gesehenen Trailern auslösten, wurden schließlich zu einem Video verarbeitet. Dieses wurde den tatsächlich gesehenen Vorschaufilmen gegenübergestellt und zeigt teilweise verblüffende Ähnlichkeiten.

Traum-Aufnahmen denkbar

"Das ist ein bedeutender Schritt zur Rekonstruktion interner Bildabläufe, wie etwa Vorstellungen und Träume", schreibt Gallant auf der Projekthomepage. Gegenüber "Current Biology" spricht er sogar von einem Forschungs-Meilenstein. "Wir öffnen ein Fenster zu den Filmen in unserem Kopf", so die Erläuterung des Wissenschafters zur Bedeutung des geglückten Versuchs.

Die Ergebnisse könnten in Zukunft zu wichtigen Erfindungen führen, etwa die Entwicklung von Lesegeräten, die die Diagnose von Nervenkrankheiten wie Demenz oder Hirnschlägen erleichtern. Auch die Einbindung in neurale Prothesen und die Erschaffung visueller Brain-Machine-Interfaces sind denkbar, so der Text auf der Website.

Der Forscher erklärt weiter: "Neurowissenschafter nehmen allgemein an, dass alle mentalen Prozesse auf einer neurobiologischen Basis ablaufen. Unter dieser Voraussetzung wäre es mit entsprechend entwickelter Technologie prinzipiell möglich, auch Träume oder Erinnerungen sichtbar zu machen."

Nicht zur Aufklärung geeignet

Homepage des Forschungsprojektes: https://sites.google.com/site/gallantlabucb/publications/nishimoto-et-al­-2011

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Gähnen kühlt das Gehirn

Studie: Winterluft regt zum Gähnen an

Gähnen: Forscher rätseln noch immer (Foto: FlickrCC/Lobato)

New Jersey/Bern (pte022/20.09.2011/12:15) - Wer gähnt, kühlt sein Gehirn und verhilft ihm damit zu mehr Leistungsfähigkeit. Das behauptet der Evolutionsbiologe Andrew Gallup von der Princeton University in der Zeitschrift "Frontiers in Evolutionary Neuroscience". In Experimenten konnte er zeigen, dass Menschen im Winter viel häufiger gähnen als im Sommer. Seine umstrittene These: Ist die Umgebungsluft zu warm, bewirkt Gähnen keinen Kühleffekt - weshalb wir im Sommer seltener gähnen.

Warum Menschen und auch andere höhere Lebewesen gähnen, ist noch immer ungeklärt. Man weiß heute, dass Gähnen nicht die Sauerstoff-Versorgung des Gehirns verbessern soll, wie lange angenommen wurde - sonst würde ja jede Anstrengung zum Gähnen führen. Auch für den beim Schlucken oder Kauen stattfindenden Druckausgleich hat die charakteristische Kieferbewegung keine Bedeutung. Dass sie aufgrund seiner hochgradigen Ansteckbarkeit soziale Funktionen hat, gilt hingegen als unbestritten.

Temperatur-Check im Oberstübchen

Diesen Nachahmer-Effekt machte sich Gallup in seinen Versuchen zunutze. Er zeigte 160 Menschen im Winter und im Sommer in der freien Luft Gähn-Bilder und überprüfte die Reaktion. In der kalten Jahreszeit waren mehr als doppelt so viele Gähner zu beobachten wie in der Hitze, auch nach Berücksichtigung möglicher Störfaktoren wie Luftfeuchte, der im Freien verbrachten Zeit oder der Schlafdauer in der Nacht zuvor.

Viel eher als Gelangweiltsein oder Schlafenwollen signalisiert Gähnen somit Wärmeaustausch, glaubt Gallup. Seine Gehirnkühl-These verfolgt der Wissenschaftler schon seit 2007 (pressetext berichtete). Damals zeigte er, dass Nasenatmung, der Aufenthalt in kühlen Räumen oder eine Kühlung per Kühlpäckchen an der Stirn das Gähnen unterdrücken. Bei Ratten konnte er zudem nach dem Gähnen eine Normalisierung von kurz zuvor angestiegener Hirntemperatur feststellen.

Wichtiges Kommunikationsmittel

Konsensfähig dürfte Gallups These allerdings noch kaum sein. Schweizer Forscher um Adrian Guggisberg argumentieren, dass Kühlung der Stirn erfrischt und schon deshalb Müdigkeit und Gähnen vertreibt, zudem kühlt die Nasenatmung das Gehirn weit effektiver als das Gähnen.

"Am ehesten scheint Gähnen eine Form der Kommunikation zu sein, die etwa Tierrudeln hilft, das Einschlafen zu synchronisieren", so der Neurologe Johannes Mathis vom Inselspital Bern gegenüber pressetext. Die Gähn-Erforschung sei zwar klinisch nur wenig relevant, wissenschaftlich jedoch genauso spannend wie andere ungeklärte Reflexe wie Schluckauf oder das Niesen, erklärt der Experte.

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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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Studenten sind schlechte Schläfer

Studienleistung leidet an schlechten Schlafgewohnheiten

Schläfer im Hörsaal: Mehr Schlafkultur erhöht Leistung
(Foto: FlickrCC/Donovan)

Cincinnati/Tucson/Basel (pte027/31.08.2011/13:57) - Studenten schlafen zu wenig und schaden damit ihrem Studienerfolg. Wie zwei US-Studien deutlich machen, schläft die Mehrzahl dieser Gruppe weniger als sieben Stunden und leidet in Folge tagsüber unter fehlender Aufmerksamkeit, Konzentration und Erinnerung. Zeigen lässt sich auch ein leichter Zusammenhang von schlechtem Schlaf und schlechterem Abschneiden bei Prüfungen. Das Bewusstsein dafür ist jedoch unter Studenten noch wenig verbreitet.

Optimum nicht erreicht

Bei Studienanfängern ist das Problem besonders häufig anzutreffen, berichtet Adam Knowlden von der University of Cincinnati. Aufgrund von fehlendem Zeit- und Stressmanagement, manche jedoch auch wegen finanzieller Notwendigkeiten, haben Studenten oft keine gute Schlafkultur. "Das Gehirn ordnet im Schlaf das Gedächtnis, verstärkt dessen Verknüpfungen und entsorgt Unnötiges. Fehlt der Schlaf, wird das alles beeinträchtigt, weshalb Studenten oft nicht das Optimum aus ihrem Studium herausholen", so Knowlden.

Kathryn Orzech von der University of Arizona nennt im "Journal of American College Health" auch die Zimmerkollegen, die Aktivitäten mit Freunden, den akademischem Stress, Konflikte und Depressionen als weitere Ursachen von zu wenig Schlaf bei Studenten. Laut ihren Ergebnissen schlafen Studenten durchschnittlich von 0:40 Uhr bis acht Uhr morgens, brauchen jedoch lange zum Einschlafen und wachen öfters auf. Viele halten zudem ihren Schlaf für besser als dieser tatsächlich ist.

Aufstehen nach Mittag

Das junge Erwachsenenalter ist für den Schlaf eine Umbruchszeit, betont der Basler Schlafforscher Christian Cajochen im pressetext-Interview. "Die Schlafgewohnheiten ändern sich in dieser Zeit. Die meisten wandeln sich vom Spät- zum Frühtyp. Schlafprobleme wie etwa eine Einschlafdauer von länger als 15 Minuten sind in dieser Lebensphase jedoch untypisch."

Unter Studenten lassen sich die unterschiedlichsten Schlafmuster finden, so der Chronobiologe. Teils stehen diese auch mit dem Studienfach in Zusammenhang. "Etwa bei Medizinstudenten hat man ein erhöhtes Risiko für zu wenig Schlaf und Depressionen festgestellt. Nur manche können es sich leisten, das Klischee eines Studenten zu erfüllen, der nur in den Morgenstunden im Bett zu finden ist."

Wissenschaftlich dokumentiert ist der Fall eines Oxforder Literaturstudenten, der jeweils von vier Uhr morgens bis zwei Uhr nachmittags schlief. "Probleme haben Betroffene meist dann, sobald sie in einen Job mit festen Arbeitszeiten wechseln. Das Einschlafen am Abend gelingt dann zwar mühelos, die Einsatzbereitschaft am Morgen jedoch nicht, zudem sind viele notorisch verspätet", berichtet Cajochen.

Regeln für besseren Schlaf

Den Studenten raten die US-Forscher mehr Schlafhygiene. Dazu gehört ein Verzicht auf Koffein, Alkohol und Nikotin vor dem Schlafengehen sowie auch auf Intensivsport, Social Networking und Computerspiele. Ungünstig sind auch das Lernen, Lesen, Essen oder Fernsehen im Bett sowie Mittagsschläfchen, die länger als 15 Minuten dauern. Positiv wirken hingegen feste Bettgeh- und Aufstehzeiten, eine gute Schlafumgebung, Stressabbau und Entspannung vor dem Einschlafen sowie die ausreichende Vorbereitung für den nächsten Tag.

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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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Schlaf ordnet das Gehirn neu

Leichtschlaf stärkt Informationsfluss zwischen Gedächtnisregionen

Schläferin: Gehirnregionen nutzen die Ruhe im Schlaf
(Foto: pixelio.de/CFalk)

München (pte088/13.07.2011/13:58) - Schon länger vermutet die Wissenschaft, dass unser Gehirn im Schlaf neue Informationen verfestigt und somit ab­speichert. Einen biologischen Mechanismus dieses Prozesses haben Münchner Forscher vom Max-Planck-Institut für Psychiatrie nun entdeckt. Wie sie in der Zeitschrift "Journal of Neuroscience" aufzeigen, ändern sich beim Einschlafen die funktionellen Ver­knüpfungen im Gehirn. Große Bewegungen finden nicht erst im Tiefschlaf, sondern bereits viel früher statt.

Die Forscher baten Versuchspersonen, im Magnet­resonanz-Tomograph und bei gleichzeitiger Beo­bachtung per Elektro­enzephalogramm (EEG) einzu­schlafen. Mit diesen Geräten beobachteten sie während der leichten und tiefen Schlafphasen am Beginn der Nacht die Hippokampus-Region des Gehirns, die eine Hauptrolle bei der kurzfristigen Gedächtnisspeicherung im Wachsein spielt. "Bereits frühere Studien zeigten, dass der Hippokampus beim Einschlafen schnell aus dem Netzwerk für Selbstbeobachtung, Tagträume oder Erinnerungen aussteigt. Uns interessierte, was er dabei tut", erklärt Studienleiter Michael Czisch im pressetext-Interview.

Schrittweise Abschottung

Sichtbar wurde, dass der Hippokampus beim Einschlafen ganz neue Arbeitsaufträge in Angriff nimmt. Die funktionellen Verbindungen mit dem Temporallappen - zuständig für episodisches Langzeitgedächnis - nehmen zu, und auch die im EEG sichtbaren Schlafspindeln deuten auf hohe Synchronisationstätigkeit. "Gerade im leichten Schlaf ist der globale Informationsfluss zwischen den einzelnen Gehirnregionen sehr stark. Ermöglicht wird diese enorme Arbeitsleistung offensichtlich durch das Abschotten von äußeren Einflüssen, das mit dem Einschlafen erreicht wird", so der Wissenschaftler.

Noch mehr Störungsfreiheit zwecks besserer Konzentration erreicht das Gehirn scheinbar im Tiefschlaf. Sobald diese Phase erreicht wird, nehmen selbst die funktionellen Verknüpfungen des Hippokampus mit anderen Regionen wieder ab. "Das Gehirn tauscht dann keine Informationen mehr zwischen verschiedenen Bereichen aus, sondern verarbeitet sie in lokalen Netzwerken. Das erklärt auch, warum wir im Tiefschlaf derart in Bewusstlosigkeit sind und Informationen von Außen nicht mehr wahrnehmen", erläutert Czisch.

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Leser überhören sogar Wutausbrüche

Konzentration auf Sehreize macht taub für Emotionen

Ehepaar: Erst nach der Lektüre ist der Mann ganz Ohr
(Foto: Flickr/Simoes)

Jena (pte037/29.06.2011/13:45) - Konflikte unter Ehe­paaren beginnen manchmal damit, dass der Mann in seine Zeitung vertieft ist und die Frau auf wiederholte Fragen keine Antwort bekommt - selbst wenn ihr Ton dabei zunehmend schärfer wird. Psychologen der Universität Jena appellieren an die Geduld bis zum Ende der Zeitungslektüre. Die ausbleibende Reaktion deutet nicht auf Desinteresse des Mannes, denn dieser kann die Frau in dieser Situation gar nicht hören, behaupten sie in der Zeitschrift "Journal of Neuroscience".

Gehirn ist überfordert

Zwar verarbeitet das Gehirn emotionale Hörreize ganz automatisch, doch trifft das bei Ablenkung nicht mehr zu. "Überschreitet die zusätzliche Information eine bestimmte Grenze, blockiert die Konzentration auf Visuelles die sozialen Reize völlig. Das Gehirn hat für deren Aufnahme und Verarbeitung keine Kapazitäten mehr frei. Deshalb klingt in dieser Situation selbst eine wütende Stimme nur mehr neutral", berichtet Studienleiter Martin Mothes-Lasch im pressetext-Interview.

Die Forscher spielten Versuchspersonen Tonbeispiele vor, bei denen diese entweder eine wütendende oder einer neutrale Stimme hörten. Möglichst schnell galt es anzugeben, ob ein Mann oder eine Frau sprach. Gleichzeitig zeigte man auf einem Bildschirm zwei Symbole, bei denen die Probanden zwischen Kreuz und Kreis unterscheiden mussten. Der Kernspintomograph zeigte, dass wütende Töne die Gehirnregion für soziale Reize weit stärker aktivieren. Bei zeitgleicher Konzentration auf das Sehen wird diese Region jedoch stillgelegt.

Kein reines Männerproblem

"Es machte keinen Unterschied, ob die Probanden oder die gehörten Stimmen männlich oder weiblich waren. Somit handelt es sich nicht um ein geschlechtsspezifisches Phänomen", betont Mothes-Lasch. Das Ergebnis zeigt ein Stück weit, wie unser Gehirn bestimmten Reizen Aufmerksamkeit zuteilt - ein Wissen, das eines Tages für die Entwicklung neuer Therapien etwa von Angsterkrankungen nützlich sein könnte.

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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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Menschliches Gehirn lernt durch feine Details

Nicht viel sondern detailreiches Wissen macht Menschen zu Experten

Wein: Feine Details machen zum Experten
(Foto: aboutpixel.de/Gerd Gropp)

Berlin (pte004/16.05.2011/06:15) - Experte auf einem Gebiet wird man nicht etwa durch die Verarbeitung von immer mehr Wissen, sondern durch die Fähigkeit, Feinheiten zu unterscheiden. Das haben Wissenschaftler der Charité - Universitätsmedizin Berlin, des Bernstein Zentrums Berlin, des Exzellenzclusters NeuroCure und der Otto-von-Guericke Universität Magdeburg ermittelt. Sie konnten auch orten, welche Gehirnregionen aktiv sind, wenn man seine Wahrnehmung schult.

Warum erkennen Weinkenner beim ersten Schluck die Eigenschaften einer Traube? Wie können Künstler auch winzige Farbabweichungen erkennen? Und warum können Blinde feinste Oberflächenstrukturen erfühlen? "Lange Zeit hat man gedacht, dass bestimmte Menschen mehr Informationen aufnehmen können - jetzt weiß man: Es kommt offensichtlich auf die Verarbeitung an", sagt Johannes Faber, Sprecher des Bernstein Zentrums Berlin in einem Gespräch mit pressetext.

Lernvorgang findet auf Wahrnehmungsebene statt

Die Forscher haben am Beispiel visueller Reize untersucht, wie sich die Hirnaktivität im Laufe eines Lernprozesses verändert. Dafür maßen sie Änderungen der Nervenzellaktivität im Gehirn mit Hilfe der funktionellen Magnetresonanztomografie. "Die große Frage war: Kann der Experte mehr Informationen herausziehen und verarbeiten? Oder verarbeitet er die Information bessern?", erklärt Faber.

"Die fMRT-Messungen zeigten deutlich, dass die Aktivität im Sehzentrum während des gesamten Lernvorgangs gleich blieb", erklärte John-Dylan Haynes, Leiter der Studie. Eine Region im präfrontalen Kortex, wo anspruchsvollere Aufgaben verarbeitet werden, wurde stetig aktiver. Daraus schlossen die Forscher, dass der Lernvorgang auf der Ebene der Entscheidungsfindung stattfindet.

"Wenn sich unsere Wahrnehmung beim Lernen schärft, dann liegt dies nicht so sehr daran, dass mehr Information das Gehirn erreicht", folgerte Professor Haynes. Stattdessen lernen Menschen, mit der gegebenen Information immer mehr anzufangen. Menschen sehen nach und nach in Bildern Details, die uns zu Beginn nicht bewusst sind. "Wie schnell die Details wahrgenommen werden, ist von Mensch zu Mensch und von Aufgabe zu Aufgabe unterschiedlich", sagt Faber.

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Gehirn merkt sich Berührungen genau

Menschen können die Erinnerung an Berührungen im Gedächtnis abrufen

Frau: Gehirn speichert Berührungen genau ab
(Foto: aboutpixel.de/Patricia)

Berlin (pte022/12.05.2011/13:25) - Sobald eine Berührung aufmerksam registriert wurde, wird sie in dem sogenannten Arbeitsgedächtnis abgespeichert. Neurowissenschaftlern der Charité Universitäts­medizin Berlin konnten ein Signal im Hirn von Probanden nachweisen, sobald sie sich an eine Berührung erinnern konnten. Die Wissenschaftler der Abteilung für Neurologie und dem Bernstein Center for Computational Neuroscience an der Charité prüften, in welcher Form Berührungsempfindungen im Arbeitsgedächtnis abrufbar sind.

Das Arbeitsgedächtnis ist Teil des menschlichen Erinnerungsvermögens. "Vergleicht man das Gehirn des Menschen mit einem Computer entspricht das Arbeitsgedächtnis dem Arbeitsspeicher", sagt der Mediziner Bernhard Spitzer gegenüber pressetext. Das Arbeitsgedächtnis speichert vorübergehende Informationen, die uns helfen die gegenwärtige umgebende Umwelt zu verstehen. In dem vorliegenden Test wurde den Versuchspersonen über Stimulationsgeräte, Vibrationen mit zwei unterschiedlichen Frequenzen auf den Zeigefinger übertragen.

Vom Fühlzentrum zum Frontlappen

Diese Art von Stimulationsgeräten wird auch für das Lesen von Blindenschrift verwendet. Danach sollten sie die beiden Frequenzen mit einer folgenden Testfrequenz vergleichen. Zunächst zeigte sich im "Fühlzentrums", wo die Informationen der Tastsinnesorgane zuerst hingeleitet werden, eine systematische Veränderung der Hirnaktivität - nur durch die Erinnerung an die Berührung.

Die Erinnerung an unterschiedliche Berührungen wird nicht mehr im "Fühlzentrum" des Gehirns abgerufen, sondern im sogenannten Frontallappen. Für die weitere Grundlagenforschung ist es bedeutend, dass die Wissenschaftler, die Erinnerung an eine Berührung im Frontlappen sichtbar machen konnten. Künftig werden die Forscher prüfen, ob auch andere Reize - visuelle etwa - auch im Frontlappenbereich messbar sind.

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