Gehirnbereich, von dem angenommen wird, dass er Bewusstsein vermittelt, b

Gehirnbereich, von dem angenommen wird, dass er Bewusstsein vermittelt, b

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Bild: Das Claustrum des Gehirns wird aktiviert, wenn eine Person eine komplizierte Aufgabe ausführt.
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Bildnachweis: Brian Mathur, UMSOM

Unter der äußeren, faltigen Hirnrinde versteckt sich ein zutiefst mysteriöser Bereich, der als Claustrum bekannt ist. Es ist seit langem bekannt, dass diese Region Signale mit einem Großteil des Kortex austauscht, der für höheres Denken und komplexes Denken verantwortlich ist. Aufgrund der weitreichenden Verbindungen des Claustrums postulierte der legendäre Wissenschaftler Francis Crick, PhD, der durch DNA-Entdeckung berühmt ist, erstmals im Jahr 2005, dass das Claustrum der Sitz des Bewusstseins ist. Mit anderen Worten, die Region des Gehirns, die das Bewusstsein für die Welt und uns selbst ermöglicht.

Forscher der University of Maryland School of Medicine gehen jedoch jetzt davon aus, dass Crick möglicherweise falsch lag: Sie entwickelten eine neue Theorie – basierend auf Daten – dass sich das Claustrum eher wie ein Hochgeschwindigkeits-Internet-Router verhält und ausführende Befehle von „ Boss“-Bereiche des Cortex des Gehirns, die komplexe Gedanken bilden, um „Netzwerke“ im Cortex zu erzeugen. Wie ein Router koordiniert das Claustrum diese Netzwerke, um zusammenzuarbeiten, um die vielen verschiedenen kognitiv anspruchsvollen Aufgaben zu erfüllen, die wir im Alltag von Moment zu Moment ausführen.

Es ist wichtig zu verstehen, wie das Gehirn diese Netzwerke im Cortex durch das Claustrum bildet und koordiniert, da desorganisierte Netzwerke ein typisches Merkmal vieler Erkrankungen wie Sucht, Alzheimer und Schizophrenie sind. Diese Erkenntnis kann zu besseren Therapien führen, um die kognitive Dysfunktion bei diesen Erkrankungen anzugehen.

„Das Gehirn ist das komplexeste System im bekannten Universum. Es sind diese datengesteuerten theoretischen Fortschritte, die unser Wissen vorantreiben, um diese Komplexität für die Verbesserung des menschlichen Lebens nutzbar zu machen.“ sagte Brian Mathur, PhD, außerordentlicher Professor für Pharmakologie an der UMSOM. „Als die am stärksten vernetzte Struktur im Gehirn ist das Claustrum ein Fenster in das Rätsel des Gehirns, des Geistes.“

Ihre neuen Erkenntnisse und Hypothesen wurden am 30. September 2022 in veröffentlicht Trends in den Kognitionswissenschaften.

Um die genaue Rolle des Claustrums zu identifizieren, führten Dr. Mathur und seine Kollegen eine Reihe von Experimenten an Tieren und Menschen durch. Ein Experiment verwendete moderne neurowissenschaftliche Ansätze, um das Klaustrum bei wachen Mäusen auszuschalten. Diese Mäuse verloren nicht das Bewusstsein und rannten normal weiter. Ein Schlag gegen Cricks Theorie!

Als nächstes stellten die Forscher Mäusen eine kognitiv einfache oder eine schwierige Aufgabe und verglichen, wie sie reagierten, wenn das Claustrum ausgeschaltet war. Normalerweise kann eine Maus sowohl die einfachen als auch die schwierigen Aufgaben ausführen. Doch als die Forscher das Claustrum abstellten, konnten die Mäuse die schwierige Aufgabe nicht mehr ausführen.

Dr. Mathur fragte sich, ob dieser Befund irgendeine Relevanz für den Menschen hat, und arbeitete mit seinen Kollegen David Seminowicz, PhD, Professor für Neural- und Schmerzwissenschaften an der UM School of Dentistry, und Fred Barrett, PhD, außerordentlicher Professor für Psychiatrie und Verhaltenswissenschaften an der Johns, zusammen Medizinische Fakultät der Hopkins-Universität. Die drei organisierten eine Forschungsstudie, in der sie funktionelle MRT-Gehirnscans an gesunden Freiwilligen durchführten, die entweder mit einfachen oder komplizierten mentalen Aufgaben beschäftigt waren. Die Forscher beobachteten, dass ihr Claustrum nur bei der schwierigen Variante der Aufgabe „aufleuchtete“. Dieses Ereignis fiel mit der Aktivierung eines Netzwerks im Kortex zusammen, das an der optimalen kognitiven Leistung beteiligt ist. Schlag zwei gegen Cricks Bewusstseinstheorie!

Dr. Mathur sagte, dass der dritte Schlag sein wird, wenn zusätzliche Experimente ihre Theorie der Claustrum-Funktion unterstützen. Dabei versuchen Dr. Mathur und seine Kollegen nun zu verstehen, wie das Claustrum lernt und sich anpasst, um Netzwerke im Kortex zu orchestrieren, um die Kognition zu unterstützen.

„Zu verstehen, wie das Gehirn diese Netzwerke – durch das Claustrum – flexibel bildet und koordiniert, ist für die Behandlung des kognitiven Verfalls, der bei Sucht, Alzheimer und Schizophrenie auftritt, von entscheidender Bedeutung“, sagte er Mark T. Gladwin, MD, Vizepräsident für medizinische Angelegenheiten an der University of Maryland, Baltimore und John Z. and Akiko K. Bowers Distinguished Professor and Dean of UMSOM.

Dr. Mathur fügte hinzu: „Unsere Hypothese bietet uns einen dringend benötigten konzeptionellen Rahmen, um neue therapeutische Strategien zu entwickeln.“

Die Studie wurde vom National Institute on Alcohol Abuse and Alcoholism des NIH finanziert (Grant R01AA028070).

Dr. Barrett ist im wissenschaftlichen Beirat von Wavepaths, Ltd. und wissenschaftlicher Berater für Mindstate Design Labs, Inc.

Über die medizinische Fakultät der Universität von Maryland

Die University of Maryland School of Medicine, die sich nun im dritten Jahrhundert befindet, wurde 1807 als erste öffentliche medizinische Fakultät in den Vereinigten Staaten gegründet. Es ist bis heute eines der am schnellsten wachsenden biomedizinischen Forschungsunternehmen der Spitzenklasse weltweit – mit 46 akademischen Abteilungen, Zentren, Instituten und Programmen und einer Fakultät mit mehr als 3.000 Ärzten, Wissenschaftlern und verwandten Angehörigen der Gesundheitsberufe, einschließlich der Mitglieder der National Academy of Medicine und der National Academy of Sciences und ein angesehener zweifacher Gewinner des Albert E. Lasker Award in Medical Research. Mit einem Betriebsbudget von mehr als 1,3 Milliarden US-Dollar arbeitet die School of Medicine eng mit dem Medical Center and Medical System der University of Maryland zusammen, um jährlich fast 2 Millionen Patienten eine forschungsintensive, akademische und klinisch basierte Versorgung zu bieten. Die School of Medicine verfügt über fast 600 Millionen US-Dollar an außeruniversitären Mitteln, wobei die meisten ihrer akademischen Abteilungen bei der Forschungsfinanzierung unter allen medizinischen Fakultäten des Landes einen hohen Rang einnehmen. Als eine der sieben Berufsschulen, die den Campus der University of Maryland, Baltimore, bilden, hat die School of Medicine eine Gesamtbevölkerung von fast 9.000 Lehrkräften und Mitarbeitern, darunter 2.500 Studenten, Auszubildende, Einwohner und Stipendiaten. Die kombinierte School of Medicine and Medical System („University of Maryland Medicine“) hat ein Jahresbudget von über 6 Milliarden US-Dollar und einen wirtschaftlichen Einfluss von fast 20 Milliarden US-Dollar auf den Staat und die lokale Gemeinschaft. Die School of Medicine, die als die gilt 8. höchste unter den öffentlichen medizinischen Fakultäten in der Forschungsproduktivität (gemäß dem Profil der Association of American Medical Colleges) ist ein Innovator in der translationalen Medizin mit 606 aktiven Patenten und 52 Start-up-Unternehmen. Im neuesten US News & World Report-Ranking der besten medizinischen Fakultäten, das 2021 veröffentlicht wurde, ist die UM School of Medicine Platz 9 unter den 92 öffentlichen medizinischen Fakultäten in den USA und in den oberen 15 Prozent (#27) aller 192 öffentlichen und privaten Medizinische Fakultäten der USA. Die School of Medicine arbeitet lokal, national und global mit Forschungs- und Behandlungseinrichtungen in 36 Ländern auf der ganzen Welt. Besuch medschool.umaryland.edu


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