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Neurobiologie


Künstliche neuronale Netze Gehirn kartieren

Rekonstruktion von Nervenzellen aus einem Elektronenmikroskopie-Datensatz mit Hilfe der flood-filling networks (FFN). © MPI für Neurobiologie/ Kornfeld

Künstliche neuronale Netze helfen, das Gehirn zu kartieren
Digitale Bildanalyse ist nun in der Lage, einzelne Nervenzellen zu rekonstruieren
Die Funktion des Gehirns hat ihre Grundlage in den Verbindungen zwischen den Nervenzellen. Um diese Verbindungen zu kartieren und damit das Konnektom, den „Schaltplan“, eines Gehirns zu erstellen, erfassen Neurobiologen das Gehirn mit Hilfe dreidimensionaler Elektronenmikroskopie-Aufnahmen. Bislang stand der Kartierung größerer Bereiche im Wege, dass die Analyse dieser Bilder durch den Menschen trotz erheblicher Unterstützung durch Computer Jahrzehnte dauern würde. Dies hat sich nun geändert. Wissenschaftler von Google A.I. und dem Max-Planck-Instituts für Neurobiologie stellen nun ein auf künstlichen neuronalen Netzen basierendes Verfahren vor, das in der Lage ist, ganze Nervenzellen mit all ihren Bestandteilen und Verbindungen nahezu fehlerfrei aus einem Bilderstapel herauszuarbeiten. Dieser Meilenstein im Bereich der automatischen Datenanalyse könnte uns der Kartierung von ganzen Gehirnen, und damit langfristig auch deren Verständnis, maßgeblich näherbringen. Weiter


Warum die linke Hirnhälfte Sprache besser versteht

ie Biopsychologen Onur Güntürkün, Erhan Genç und Sebastian Ocklenburg (von links) ergründen die Funktionsweise des Gehirns.

Nervenzellen in der Hirnregion Planum temporale besitzen in der linken Hemisphäre
mehr Verbindungen als in der rechten Hemisphäre – und das ist entscheidend
für eine schnellere Sprachverarbeitung, berichten Forscherinnen und Forscher
der Ruhr-Universität Bochum und der Technischen Universität Dresden in der Zeitschrift „Science Advances“. Beweise für die Sprachdominanz der linken Hemisphäre gab es bereits viele; bislang war jedoch unsicher, was auf neuroanatomischer Ebene dahintersteckt.
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Verjüngungskur für das Gehirn

Verschiedene Aktivitäten wirken dem Altersabbau entgegen – eine davon ist das Tanzen. ©Till Hafenbrak

Ein gewisser geistiger Abbau im Alter ist normal. Aber er lässt sich bremsen.
5 Aktivitäten, die dem Altersabbau entgegenwirken.

Wenn mit den Jahren Gedächtnis und Aufmerksamkeit nachlassen, muss das kein Warnzeichen
beginnender Demenz sein. Es ist normal, dass manche – nicht alle – kognitiven Leistungen
nachlassen. Mit zunehmendem Alter schrumpft das Gehirn. Buchstäblich.
Denn selbst bei gesunden Menschen sterben Nervenfasern ab.
Auch andere Alterserscheinungen wie Ablagerungen im Gefäßsystem des Gehirns
und ein Schwund des Botenstoffes Dopamin sind zwar verbreitet, können aber
das Denken beeinträchtigen. Konzentrieren und Erinnern fallen dann zunehmend schwer.
Die gute Nachricht: Der altersbedingte Abbau lässt sich durch bestimmte geistige
und körperliche Aktivitäten hinauszögern.
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Blick ins Gehirn: Glück ist unsichtbar

Eine Ratte im Experiment: Sie berührt mit der Nase einen Hebel und löst damit einen Lichtimpuls aus, der gezielt ihr Belohnungszentrum anregt, welches dann das Glückhormon Dopamin ausschüttet. LIN/Michael Lippert

Studie mit funktioneller Bildgebung kommt zu überraschendem Ergebnis

Dopamin ist ein wichtiger Botenstoff des Nervensystems. Es spielt im Belohnungssystem
eine zentrale Rolle und wird zum Beispiel ausgeschüttet, wenn sich ein Schüler über eine 1
in Mathe freut oder auch wenn wir abends nach Hause kommen und sehen,
dass der Partner unser Lieblingsessen gekocht hat.
In einer neuen Studie im Fachmagazin NeuroImage haben Dr. Michael Lippert,
Leiter der Arbeitsgruppe Neuro-Optik, und Doktorandin Marta Brocka gemeinsam
mit weiteren Kollegen am Leibniz-Institut für Neurobiologie (LIN) in Magdeburg untersucht,
wie gut sich Dopaminausschüttungen im Kernspintomografen messen lassen.
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Gehirnanatomie ist bei jedem Menschen einzigartig

Links und rechts je drei Hirnscans (Ansichten: vorne, Seite und oben) von Zwillingen im Vergleich. Die Furchen und Wülste verlaufen bei den beiden Personen unterschiedlich. Bild: Lutz Jäncke, UZH

Wie der Fingerabdruck unterscheidet sich auch die Anatomie des Gehirns von Mensch
zu Mensch. Dies konnten Forschende der Universität Zürich in einer Studie zeigen.
Ausschlaggebend für den charakteristischen Aufbau des Organs ist eine Kombination
aus genetischen Voraussetzungen und individuellen Lebenserfahrungen.
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Oliver Sacks

Was Halluzinationen über unsere Psyche enthüllen
Der Neurologe und Autor Oliver Sacks macht uns mit dem Charles-Bonnett-Syndrom vertraut, bei dem sehbehinderte Menschen lebhafte Halluzinationen erleben. Er beschreibt die Erfahrungen seiner Patienten in rührender Ausführlichkeit und erläutert uns die biologischen Hintergründe dieses wenig beachteten Phänomens.
Zum Video (mit deutschen Untertiteln)


Brain Waves

“Traveling” Brain Waves May Be Critical for Cognition
Physical motion of neural signals may play a more important role
in brain function than previously thought
The electrical oscillations we call brain waves have intrigued scientists and the public
for more than a century. But their function—and even whether they have one,
rather than just reflecting brain activity like an engine’s hum—is still debated.
Many neuroscientists have assumed that if brain waves do anything, it is by oscillating
in synchrony in different locations. Yet a growing body of research suggests many
brain waves are actually “traveling waves” that physically move through the brain
like waves on the sea. Read more


Could psychedelics transform mental health?

Psychedelic drugs are more likely to be associated with hippies and the counterculture
of the 1960s than people in white lab coats and clinical trials.

But that might soon change.

Increasingly, scientists are looking at whether these mind-altering drugs -
which also include mescaline and DMT among others - might also have the potential
to be mind-healing.
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Hirnregionen mit Doppelfunktion für Sprache

In Pink ist das artikulatorische Hirnareal abgebildet, das sowohl bei der Produktion als auch bei der Wahrnehmung der Sprache bei allen Probanden aktiv war. Grafik: Translational Neurotechnology Lab (Freiburg)

Hirnregionen, die an der Produktion von Sprache beteiligt sind, sind auch bei der Wahrnehmung von Sprache aktiv. Zu diesem Ergebnis kommt ein Team des Exzellenzclusters BrainLinks-BrainTools der Universität Freiburg – und liefert damit einen wesentlichen Beitrag zur Klärung einer jahrzehntelang kontrovers diskutierten Forschungsfrage. Die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler haben ihre Ergebnisse im Fachjournal „Scientific Reports“ veröffentlicht.
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Viren als Auslöser von Alzheimer?

Normales Gehirn (links) und durch Alzheimer geschrumpftes Gehirn. Eine mögliche Ursache für die Demenz könnten Forscher nun gefunden haben.

Herpeserreger könnten am Entstehen und Fortschreiten der Demenz beteiligt sein
Virale Übeltäter: Forscher haben Hinweise darauf gefunden, dass Herpesviren
an der Entstehung von Alzheimer beteiligt sein könnten. Sie wiesen im Gehirn
verstorbener Patienten vermehrt Herpeserreger der Typen HHV-6A und HHV-7 nach.
Die Gene dieser Viren scheinen mit menschlichen Risikogenen für Alzheimer zu interagieren, wie die Autoren im Fachmagazin "Neuron" berichten - ein Indiz für eine potenzielle Beteiligung der Erreger an der Pathogenese.
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Why Silence is Necessary for Brain Health

Investigators at Neuroscience Research Australian (NeuRA) in collaboration
with scientists at the University of New South Wales in Sydney, published
work recently that shows that environmental "chatter," which is defined
as audio and visual stimuli in a person's immediate environment,
can be ignored by the brain. However, periods of silence are crucial
for the mind to register and record necessary information from the surrounding input.
Read more & Video


Psychedelic Drugs Change Structure of Neurons

A team of scientists at the University of California, Davis is exploring how hallucinogenic drugs impact the structure and function of neurons – research that could lead to new treatments for depression, anxiety, and related disorders. In a paper published on June 12 in the journal Cell Reports, they demonstrate that a wide range of psychedelic drugs, including well-known compounds such as LSD and MDMA, increase the number of neuronal branches (dendrites), the density of small protrusions on these branches (dendritic spines), and the number of connections between neurons (synapses). These structural changes suggest that psychedelics are capable of repairing the circuits that are malfunctioning in mood and anxiety disorders.
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Schlaf-Wach-Schaltzentrale im Hirn

Mit Hilfe einer Technik namens Optogenetik können die thalamischen Zellen im Gehirn mit Lichtimpulsen gesteuert werden. © Pascal Gugler für Insel Gruppe

Berner Forschende entdecken Schlaf-Wach-Schaltzentrale im Hirn
Bisher wurde vermutet, dass verschiedene Hirnregionen für das Einschlafen und Aufwachen zuständig sind. Nun haben Berner Neurowissenschaftlerinnen und -wissenschaftler entdeckt, dass eine einzelne Schaltzentrale im Gehirn den Schlaf-Wach-Rhythmus steuert.
Die Erkenntnisse sind von großer Bedeutung für die Behandlung von Schlafstörungen
und den damit verbundenen Krankheiten. Weiter


Wenn man Klänge sehen kann

Gelbe Dienstage, rote Akkorde oder ein A, das nach Basilikum schmeckt:
Menschen mit Synästhesie verknüpfen verschiedene Sinneswahrnehmungen miteinander.
Und das tritt häufiger auf als gedacht, weiß Amanda Tilot vom Max-Planck-Institut
für Psycholinguistik in Nijmegen.
Zum Podcast


VITAMIN B3 GEGEN PARKINSON?

Wirkstoff schützt Nervenzellen vor dem Absterben
Neuer Therapieansatz: Eine Form des Vitamins B3 könnte gegen die Neurodegeneration
bei Parkinson helfen. Wie erste Tests mit menschlichen Zellen zeigen, scheint der Wirkstoff
den defekten Energiestoffwechsel in betroffenen Hirnzellen wieder anzukurbeln –
und sie dadurch vor dem Absterben zu schützen. Bei erkrankten Fliegen führte die Gabe
des Vitamins dazu, dass die Tiere länger ihr Bewegungsvermögen behielten.
Weiterführende Studien sollen das Potenzial dieses Ansatzes nun genauer erforschen.
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Neugeborene Nervenzellen

Die Dendriten der neugeborenen Nervenzellen (grün) sind, ähnlich wie die Zweige einer Rose, mit vielen Dornen bewachsen. Bild: Tassilo Jungenitz

Wie neugeborene Nervenzellen aus dem Dornröschenschlaf erwachen
Auch im erwachsenen Gehirn entstehen lebenslang neue Nervenzellen.
Wie sie im Hippocampus, einer Schlüsselregion für das Lernen, aus dem Dornröschenschlaf erwachen, hat eine Forschergruppe unter Leitung der Goethe-Universität nun in der Fachzeitschrift PNAS publiziert: Durch häufige Nervensignale vergrößern sich Dornen an den Nervenzellfortsätzen und ermöglichen so Kontakte mit dem bestehenden neuronalen Netzwerk. Weiter