Selbstorganisierende Muster in der Hirnentwicklung: Neue Erkenntnisse enthüllt

Die Hirnrinde, auch Kortex genannt, ist entscheidend für menschliches Denken, Wahrnehmung und zielgerichtetes Handeln. Frühe Muster der Hirnaktivität entstehen durch dynamische Selbstorganisationsprozesse in der Hirnentwicklung. Ein internationales Forscherteam von der University of Minnesota und dem Frankfurt Institute for Advanced Studies veröffentlichte eine Studie in Nature Communications, die zeigt, dass die Netzwerke der jungen Hirnrinde unstrukturierten Input in hochorganisierte Aktivitätsmuster umwandeln. Diese Muster entstehen durch die Wechselwirkungen zwischen Nervenzellen und folgen dynamischen Gesetzen.

Die Forscher bestätigen mit ihren Erkenntnissen eine langjährige theoretische Hypothese zur Gehirnentwicklung, die besagt, dass sich die Hirnaktivität in der frühen Hirnrinde selbst organisiert. Benachbarte Nervenzellen aktivieren sich gegenseitig, während weiter entfernte Gruppen von Nervenzellen unterdrückt werden. Dadurch entstehen spontan regelmäßige Muster der Hirnaktivität, die später genutzt werden, um Sinneseindrücke zu verarbeiten. Diese Transformation von unstrukturiertem Input in organisierte Aktivitätsmuster findet offenbar vollständig innerhalb der Hirnrinde selbst statt.

Das Forschungsteam konnte mithilfe von optischen Instrumenten an der University of Minnesota aufzeigen, wie sich die Struktur der Hirnaktivität aus den Netzwerken selbst entwickelt. Durch die enge Verknüpfung von Theorie und Experiment konnten die Forscher zeigen, dass mathematische Regeln, die für Muster in verschiedenen Systemen gelten, auch die Entwicklung des Gehirns steuern. Zukünftige Untersuchungen werden sich darauf konzentrieren, wie Veränderungen in den neuronalen Aktivitätsmustern zu Beginn der Hirnentwicklung die spätere Sinneswahrnehmung beeinflussen.