Früher dachten wir, das Gehirn arbeite wie eine Präzisionsmaschine.
Eine Zelle für einen Job. Eine „Ortszelle“ für Ihren Standort. Eine „Jennifer-Aniston-Zelle“ für ihr Gesicht. Es machte Sinn. Es war sauber. Es war elegant.
Es war auch größtenteils falsch.
Stefano Fusi, ein Forscher an der Columbia University, hat sich die Daten angesehen. Was er sieht, ist keine Ansammlung hochspezialisierter Experten. Es ist eine Menge Generalisten. „Diese [früheren] Neuronen sind wirklich die Ausnahme, nicht die Regel“, sagt er.
Die reichlich vorhandenen Zellen? Die, die wir ignoriert haben, weil sie nicht auffällig genug waren? Möglicherweise übernehmen sie tatsächlich die schwere Arbeit.
Der Mythos vom Einzweckneuron
Im Jahr 2013 entdeckte Fusi etwas Seltsames im Gehirn von Affen. Er fand Neuronen mit „gemischter Selektivität“. Diese Zellen kümmerten sich nicht nur um eine Sache. Sie feuerten, wenn mehrere Eingaben gleichzeitig auf sie trafen. Aufgabenbezogen? Ja. Standortspezifisch? Nein. Sie legten Wert auf eine Mischung.
Aber eine Affenstudie klärt die Debatte nicht. Sie brauchen Maßstab. Sie müssen wissen, ob dies eine Eigenart oder die Norm ist.
Also wandte sich Fusi an das International Brain Laboratory. Sie haben Aufnahmen von über 100 Mäusen. Diese saßen nicht einfach da. Die Mäuse arbeiteten. Sie sahen links oder rechts ein Bild. Sie mussten es in die Mitte verlegen. Sie taten es, indem sie ein Rad drehten.
Einfache Aufgabe? Vielleicht. Aber die neuronale Aktivität erzählte eine andere Geschichte.
Wie gemischte Selektivität den Kortex dominiert
Die Forscher kartierten die Aktivität. Sie suchten nach Spezialisten.
Sie haben sie gefunden. Aber nur in bestimmten Taschen. Der primäre visuelle Kortex beispielsweise behielt seinen Sonderstatus bei. Diese Zellen kümmerten sich um das Sehen. Das war ihre Aufgabe.
Überall sonst? Chaos. Oder besser gesagt, Komplexität.
Neuronen außerhalb des visuellen Kortex haben das Bild nicht nur verarbeitet. Es war ihnen wichtig, wo es auf dem Bildschirm war. Die Entscheidung, sich nach links oder rechts zu bewegen, war ihnen wichtig. Ihnen lag der physische Akt des Drehens am Rad am Herzen. Eine Zelle. Viele Jobs.
Es ist wichtig zu betonen, dass es spezialisierte Neuronen gibt [z. B. Ortszellen]. Aber das ist nicht die Norm.
Es ging nicht nur um die Aufgabe. Es ging darum, wie verschiedene Neuronen auf denselben Reiz reagierten. Nehmen Sie die somatomotorischen Bereiche. Diese Regionen planen Bewegung. Einige Zellen feuerten wild, wenn die Mäuse ihre Schnurrhaare leckten oder bewegten. Andere? Sie rührten sich kaum.
Einzelne Neuronen sind nicht kurzsichtig fokussiert. Sie tunneln nicht auf eine einzige Information. Sie werfen ein weites Netz aus.
Warum Generalisten vielleicht besser sind
Ben Hayden vom Baylor College of Medicine nennt dies einen „riesigen Schlag ins Gesicht“ der alten Theorie.
Das Problem bei der Suche nach Spezialisten ist die endlose Suche. Du vermisst ein Handy? Sie sagen: „Vielleicht muss ich einfach mehr aufnehmen.“ Hayden weist auf das Ausmaß dieser neuen Studie hin. Sie erfassten 14.000 Neuronen.
Dennoch überwiegend Generalisten.
Dies verändert unsere Sicht auf die Gehirnkapazität. Wenn jedes Neuron nur eine Sache tun würde, bräuchte man unendlich viele Zellen, um jede mögliche Kombination von Eingaben zu verarbeiten. Generalisten lösen das. Indem sie auf mehrere Eingaben auf leicht unterschiedliche Weise reagieren, maximieren sie die Informationen, die das Gehirn verarbeiten kann.
Dies umfasst wahrscheinlich Gedächtnis, Kognition, Entscheidungsfindung und Wahrnehmung. Keine getrennten Abteilungen. Ein Netz.
Wohin gehen wir von hier aus?
Die Mausaufgabe war einfach. Ein reales Problem ist mehrdimensional. Fusi gibt das zu. Er möchte sehen, wann sich Neuronen dazu entschließen, sich zu konzentrieren, und wann sie sich ausbreiten.
Der nächste Schritt sind keine Mäuse. Es sind Primaten. Es sind Menschen.
Sein Team arbeitet mit Forschern zusammen, die Epilepsiepatienten untersuchen. Diese Patienten sind während einer Operation am offenen Gehirn bei Bewusstsein. Es ist ein seltenes Fenster. Sie können menschliche Neuronen in Echtzeit aufzeichnen.
Fusi möchte die Linse komplett verschieben. Hören Sie auf, eine Zelle nach der anderen zu betrachten.
Es ist schwer. Es ist chaotisch. Aber es ist notwendig. Ein Neuron kommuniziert nicht mit einem anderen Neuron. Jedes Neuron ist in seinem Dendritenbaum mit etwa 10.000 anderen Neuronen verbunden. Es sieht das gesamte Netzwerk.
Also sollten wir es auch tun.
