Gehirnwellen

Gehirnwellen sind Spannungsschwankungen im menschlichen Gehirn und können mit Hilfe der Elektroenzephalografie (EEG), einer wichtigen Methode der neurologischen Forschung, sichtbar gemacht werden. Aufgrund der Frequenzen unterscheidet man fünf Kategorien von Gehirnwellen: Gamma, Beta, Alpha, Theta und Delta. Das Zusammenspiel der Milliarden von Nervenzellen im Gehirn ist aber nicht spontan und zufällig, sondern der Verarbeitung von Gedächtnisinhalten liegt eine Harmonie zugrunde, bei der hemmende Schaltkreise in der Entstehung von hochfrequenten Hirnwellen im Hippocampus eine wichtige Rolle spielen.

Gammawellen (größer als 30 Hz) haben dabei die höchste Frequenz, wurden als letzte entdeckt und sind noch wenig erforscht. Vermutlich stehen sie in engem Zusammenhang mit Höchstleistungen und hohem Informationsfluss im menschlichen Gehirn. Gammawellen zeigen das gleichzeitige Feuern weit verteilter Neuronenverbände an, etwa bei hoher Konzentration. Gamma-Wellen sollen nach neueren Untersuchungen daher wichtig für Aufmerksamkeit und Konzentration sein, aber auch bei der Meditation und bei Lernprozessen, wobei unklar ist, ob es sich dabei um ein fundamentales Merkmal dieser Prozesse oder um ein neuronales Nebenprodukt handelt. Man vermutet, dass diese Frequenzen über 30 Hertz die  Zusammenarbeit verschiedener Zellnetzwerke des Gehirns koordinieren. Bekannt ist auch, dass die Aktivität in diesem Frequenzbereich etwa bei Alzheimer-PatientInnen deutlich reduziert ist.

Strüber et al. (2017) untersuchten dabei die Kommunikation zwischen den Interneuronen im Hippocampus bei Mäusen. Interneurone sind zwischen zwei oder mehreren anderen Neuronen liegender Zelltyp mit besonders kurzen Zellfortsätzen, die schnell und effizient eine Fortleitung hemmender Impulse an die Nachbarzellen bewirken. Es zeigte sich, dass die umliegenden Zellen, wenn sie sich aus ihrem Ruhezustand lösen, empfänglich gegenüber bestimmten Informationen sind, und dadurch zur Bildung eines gemeinsamen Aktionspotentials angeregt werden, sodass ein Signal auf andere Neuronen übertragen werden kann, was elektrophysiologisch als Entladung von Gammawellen gemessen werden kann. Dabei mischen sich die Mikroschaltkreise nicht ineinander ein, sondern sie speichern parallel verschiedene Informationen, wie etwa die Attribute Form und Farbe eines Gegenstands, ab oder rufen diese ab. Dieser Mechanismus erlaubt die zeitgleiche parallele Verarbeitung und das Speichern von Information, wobei vermutlich auf diese Weise erste Gedächtnisspuren gelegt werden.

Siehe dazu im Detail Das menschliche Gehirn.

Literatur

Strüber, M., Sauer, J. F., Jonas, P. & Bartos, M. (2017). Distance-dependent inhibition supports focality of gamma oscillations. Nature Communications, 8, doi: 10.1038/s41467-017-00936-3.





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