03. 02. 2010 - Wissenschaft

Starke Nerven: TU Graz Forscher an Theorie des lernenden Nervensystems beteiligt

Ein schweizerisch-britisch-österreichischisches Wissenschafterteam hat in der jüngsten Online-Ausgabe der Wissenschaftszeitschrift "Nature Neuroscience" eine umfassende Theorie darüber vorgestellt, wie Nervensysteme lernen. Sowohl die Zahl der ankommenden Reize als auch deren zeitliche Abfolge spielen demnach eine entscheidende Rolle für den Lernprozess.

Forscherinnen und Forscher gehen heute davon aus, dass Lernen einerseits über die Entstehung von neuen Verbindungen zwischen Nervenzellen, also Neuronen, und andererseits über Verstärken oder Abschwächen solcher Verbindungen passiert. "In den vergangenen Jahrzehnten ist dieses Abschwächen oder Verstärken auf Basis einzelner Verbindungsstellen, der sogenannten Synapsen, experimentell überprüft worden.", so Mitautor Lars Büsing vom Institut für Grundlagen der Informationsverarbeitung der TU Graz.

An den Synapsen sind jeweils zwei Nervenzellen einander nahe, bleiben jedoch durch den synaptischen Spalt  getrennt. Erst bei Erreichen eines bestimmten elektrischen Potenzials im ankommenden Neuron kommt es zur Ausschüttung eines chemischen Stoffes in den Spalt. So kommt es zu einer Potenzialveränderung in der ableitenden Zelle.

Bereits in den 1970er Jahren zeigten Untersuchungen, dass sich die Synapsen durch eine steigende Zahl von Reizen  verstärken lassen. Anders ausgedrückt: Häufig benutzte Verbindungen gewinnen an Bedeutung. Erst später zeigte sich, dass dabei auch die zeitlichen Muster wichtig sind, so Büsing. Feuert eine ankommende Zelle erst nach der nachgeschalteten, so wird die Verbindung abgeschwächt, da dieses Signal sozusagen unnötig ist. Zum Tragen kommen also nur Signale der ankommenden Zelle, die unmittelbar vor der ableitenden feuern.

"Letztendlich zeigte sich, dass beide Mechanismen für das Lernen wichtig sind", bestätigte der Wissenschafter. Daraus ließe sich allerdings keine Gewichtung ableiten, was für die Verstärkung oder Abschwächung von Verbindungen bedeutsamer. Welche molekularen Mechanismen dahinterstecken, wie und warum sich Potenziale ändern, haben die Forscher nun in ihrer theoretischen Arbeit ausgearbeitet und präsentiert.

Rückfragen:

Dipl.-Phys. Lars Holger Büsing
Institut für Grundlagen der Informationsverarbeitung
E-Mail: lars@igi.tugraz.at
Tel: +43 (0) 316 873 5842