Dietmar Plenz, NIMH, USA: Wie einzelne Neurone Neues im Gehirn verbreiten

Abstract

Um in einer unvorhersehbaren Welt gut zu funktionieren, muss das Gehirn unerwartete Ereignisse erkennen und darauf reagieren. Doch in der Hirnrinde sind einzelne Neurone nur schwach miteinander verbunden, obwohl jedes einzelne bereits pro Sekunde mit Tausenden von Signalen bombardiert wird. Daher ist unklar, wie ein einzelner neuer Impuls, der ein neuartiges Ereignis darstellt, einen Einfluss auf das gesamte Gehirnnetzwerk haben kann.

In diesem Vortrage beschreibe ich neue Ergebnisse, die zeigen, wie bereits ein einziger künstlicher Impuls in einem kortikalen Neuron bei wachen Mäusen weitreichende und bedeutsame Reaktionen im umgebenden Netzwerk auslösen kann. Trotz der spärlichen und schwachen Verbindungen breiten sich diese Signale effizient aus; selbst in der lauten und hochaktiven Umgebung des Gehirns. Der Schlüssel hierzu schein darin zu liegen, dass der Kortex in einem kritischen Zustand arbeitet – einem dynamischen Gleichgewicht zwischen Ordnung und Chaos –, wodurch kleine Ereignisse große Auswirkungen haben können.

Kurz-Biografie

Dr. Dietmar Plenz ist Leiter der Abteilung für Kritische Hirndynamik am National Institute of Mental Health (NIMH), USA. Er studierte an den Universitäten Mainz und Tübingen und promovierte 1993 bei Prof. Valentino Braitenberg und Ad Aertsen am Max-Planck-Institut für biologische Kybernetik. 1999 kam er als Wissenschaftler mit Tenure-Track-Programm an das NIMH und wurde 2006 fest angestellt. Dr. Plenz' Entdeckung der neuronalen Lawinen begründete das Forschungsgebiet der Kritischen Hirndynamik. Sein Labor integriert Elektrophysiologie, Bildgebung und neuronale Modellierung, um die Optimierung der kortikalen Rinder zu erforschen.