Stefan Rotter, Universität Freiburg: Mikroplastizität

Abstract

Das Wort “Mikroplastizität” benutze ich hier, um den ständigen Umbau reifer neuronaler Schaltkreise im Gehirn zu beschreiben. Gemeint ist die anhaltende Umverdrahtung synaptischer Netzwerke nach deren Aufbau während der Entwicklung und vor deren Abbau im Alter. Im Gehirn von Säugetieren werden erstaunlich hohe Umschlagraten neuronaler Verbindungen beobachtet, und durch Stimulation oder Störung wird die Umverdrahtung noch einmal beschleunigt. Solche Beobachtungen werfen allerdings fundamentale Fragen zu den biologischen Mechanismen und der Funktion dieser dramatischen Form der Plastizität des Gehirns auf. Leider ist derzeit keine Messtechnik verfügbar, mit der die synaptische Struktur großer Netzwerke räumlich und zeitlich aufgelöst beobachtet werden kann. In dieser Situation sind mathematisch-physikalische Modelle für die Vorhersage und das Verständnis “emergenter” Eigenschaften von Netzwerken mit hochdynamischer Struktur hilfreich.

Wir haben in den letzten Jahren ein solches Modell auf der Basis selbstorganisierender Netzwerke entwickelt. Völlig unerwartet zeigt sich im Modell Hebb'sche Plastizität („Neuronen, die zusammen feuern, verbinden sich miteinander”, 1949) und Selbstreparatur, interessanterweise ohne das Zutun der molekularen Prozesse, die in anderen Zusammenhängen dafür verantwortlich gemacht werden. Dieser Rahmen liefert uns Modelle für assoziatives Lernen und die Entstehung von Engrammen als Grundlage für ein strukturelles Gedächtnis im Netzwerk. Unsere Analyse erlaubt eine neue neurobiologische Interpretation für bestimmte psychologische Phänomene im Zusammenhang mit klassischer Konditionierung. Technische Anwendungen in der künstlichen Intelligenz und Robotik sind ebenfalls naheliegend.

Über den Vortragenden