Lernen: Forscher filmen neuronale Hirnprozesse

Hochleistungsrechner zeichnen Reaktionen auf optische Reizmuster auf

Reize aufnehmen, verarbeiten, speichern - Forscher der Ruhr-Uni Bochum wollen neuronales Lernen ergründen. Dazu werden Probanden speziell entwickelte optische Reizmuster vorgespielt und dabei die Aktivität der Hirnnervenzellen im visuellen Cortex aufgezeichnet. Die Wissenschaftler wollen die aufgezeichneten Änderungen neuronaler Aktivierung auswerten, um Lernprozesse besser verstehen zu können.

Die Aktivität von Hirnnervenzellen lässt sich durch das so genannte Optical Imaging beobachten. Das Verfahren basiert darauf, dass aktive Hirnnervenzellen mehr Sauerstoff benötigen als inaktive, weswegen bei vermehrter Aktivität mehr sauerstoffreiches Blut in den betreffenden Hirnbereich strömt. Mit Sauerstoff beladene Blutzellen absorbieren Licht einer bestimmten Wellenlänge stärker als sauerstoffarmes Blut.

Mittels einer speziellen CCD-Kamera lassen sich diese Lichtverhältnisse aufzeichnen. Es entsteht eine "Karte" der Aktivität im beobachteten Hirnareal. Bislang gelangen allerdings nur Momentaufnahmen. Jetzt sind dank leistungsstarker Computer mehrstündige kontinuierliche Aufzeichnungen der Hirnaktivität während eines Versuchs möglich.

Bei bisherigen Experimenten musste der optische Reiz - z.B. ein Lichtgitter oder -balken - hunderte von Malen dargeboten werden, wobei jeweils zwischen jeder Reizdarbietung längere Pausen nötig waren. Das neue Imaging-System erlaubt nun eine pausenlose Aufzeichnung der Hirnaktivität. Die dabei entstehende Datenflut lässt sich nur mit Hochleistungsrechnern überhaupt handhaben. Was dann zu sehen ist, ist nicht mehr wie bisher ein Vorher-Nachher-Bild, sondern ein regelrechter Film von Lernprozessen im Gehirn von ein paar Stunden Länge.

Die Forscher erhoffen sich durch ihre Untersuchungen, die sie mehrheitlich in Bochum durchführen werden, Antworten auf die weltweit untersuchte Frage, welche Gesetzmäßigkeiten hinter der Veränderung von Hirnkarten während des Lernens stehen. Auch die Dauer und Stabilität von Lernerfolgen wollen sie untersuchen.

Das Hirnforschungsprojekt wird mit 750.000 US-Dollar über drei Jahre aus dem Human Frontier Science Program (HFSP) gefördert.