Heute werden wir uns ein wenig von Studien entfernen, die auf unserer bevorzugten Physik / Chemie basieren, und unsere Aufmerksamkeit auf Studien des menschlichen Körpers richten. Genauer gesagt, das Studium des Gehirns. Dieser Körper ist so komplex, dass alle früheren Studien sozusagen eine Antwort und 10 neue Fragen gaben. Insbesondere werden wir heute eine Studie betrachten, die die Frage beantworten soll - wie sagt das Gehirn die Zukunft voraus? Und nein, wir werden nicht über Tarotkarten, Kaffeesatz, Astrologie und andere unwissenschaftliche Dinge sprechen. Wir werden darüber sprechen, wie das menschliche Gehirn unter Verwendung des vorhandenen Wissens, des Aufbaus logischer Ketten und der Analyse der Situation die nahe Zukunft vorhersagen kann. Die Forscher haben diesen Aspekt nicht aus müßiger Neugier heraus beachtet, sondern um die Prozesse im menschlichen Gehirn während der Entwicklung bestimmter Krankheiten, einschließlich der Parkinson-Krankheit, besser zu verstehen. Was genau haben Wissenschaftler gelernt, wie haben sie Experimente durchgeführt und was könnte dies für die Medizin in Zukunft bedeuten? Der Bericht hilft uns, Antworten auf diese Fragen zu finden. Lass uns gehen.
StudienbasisÜbertrieben gesagt, das Gehirn ist das wichtigste Organ des Menschen. Natürlich wird das Gehirn ohne Herz nicht den Sauerstoff erhalten, den es so sehr benötigt, und es wird sterben, also ist das Herz wichtiger? Oder? Ich stimme zu, alle Organe sind wichtig, alle Organe werden benötigt. Unser Gehirn kontrolliert jedoch alles andere: andere Organe, Systeme, Prozesse. Ihre Nase gekämmt - das wissen Sie dank Rezeptoren, die Informationen an das Gehirn übertragen. Ein banales Beispiel, aber Sie verstehen die Essenz. Als Fazit ist es eines der schlimmsten Dinge, die einer Person passieren können, die Kraft Ihres Gehirns zu verlieren. Und leider gibt es viele Krankheiten, die mit der einen oder anderen Kraft die normale Funktion des Gehirns „unterdrücken“: Demenz, Parkinson-Krankheit, Alzheimer-Krankheit usw. Sogar psychische Störungen stehen in direktem Zusammenhang mit der Funktion des Gehirns bzw. mit Störungen, die in diesem Organ auftreten. Ein solch komplexes System, vergleichbar mit dem leistungsstärksten Bio-Computer der Welt, wurde seit jeher untersucht, aber noch konnte niemand das menschliche Gehirn zu 100% beschreiben, obwohl wir bereits ziemlich viel wissen, aber dies ist weit entfernt von all den Geheimnissen, die unser " PC. "
Heute haben Wissenschaftler beschlossen, auf ein so vages Konzept wie "Vorhersage der Zukunft" zu achten. Es klingt wie der Name einer billigen inszenierten Fernsehsendung, alles was fehlt, ist eine Kristallkugel und der Satz "Ich sehe, ich sehe ...". Aber Witze sind Witze, und unser Gehirn ist dazu in der Lage, wenn auch nicht auf einem so paranormalen Niveau, wie es viele gerne hätten.
Die ganze Essenz liegt in kleinen, manchmal unsichtbaren Dingen, Ereignissen und Handlungen. Als Beispiel geben Wissenschaftler einen Basketballspieler an, der den Ball erfahrungsgemäß so wirft, dass er sicher ist, dass der Ball ins Netz geht. Ja, dies ist eher wie Wissen oder ein Kausalzusammenhang, aber das Wort „Vorhersage“ eignet sich als kurzer, einfacher und ziemlich lebendiger Begriff. Außerdem könnten diejenigen unter Ihnen, die Autos benutzen, feststellen, dass sich viele Fahrer buchstäblich im Bruchteil einer Sekunde bewegen, bevor die Ampel grün wird. All dies ist keine Dummheit wie paranormale Aktivität, und Scully und Mulder sollten nicht genannt werden. All dies sind die Ergebnisse der komplexen Prozesse unseres Gehirns. Selbst wenn Sie einen Ball miteinander werfen, warum fangen Sie ihn dann? Sie sehen seine Flugbahn, weil Sie wissen, wie Ihr Freund am häufigsten einen Wurf macht. Unser Gehirn sammelt solche Informationen und speichert sie für die zukünftige Verwendung, um bestimmte Aufgaben zu vereinfachen. Warum etwas analysieren, das bereits genauso passiert ist? Sie können nach einem bekannten Muster auf den Prozess reagieren und das gewünschte Ergebnis erzielen. Im Beispiel unserer Kinder - einen Ball fangen.
Wir bemerken nicht alle diese Denkprozesse, wir denken nicht über sie nach (egal wie Wortspiel es klingt). Eine Störung dieser Prozesse wirkt sich jedoch auf das Leben von Menschen aus, die an verschiedenen Erkrankungen des Gehirns und des Nervensystems leiden.
Um zu verstehen, wie man solchen Menschen das Leben leichter macht, müssen Sie zunächst das Funktionsprinzip dieses Vorhersagemechanismus, den unser Gehirn verwendet, klar verstehen. Ist es kontextsensitiv oder nur als solches da?
Zunächst stellen Wissenschaftler fest, dass zeitliche Vorhersagen mit der Quasiperiodizität einer Reihe von Reizen (Sprache, Musik, biologische Bewegungen) verbunden sein können. Das heißt, endogene Veränderungen sind mit externen periodischen Signalen verbunden. Andererseits können auch temporäre Prognosen erstellt werden, wenn nur eine aperiodische Reihe von Ereignissen vorliegt. Sie können auch völlig isoliert gebildet werden, wenn wir die Lücke zwischen den beiden Ereignissen bereits kennen. Letzteres wird durch das zuvor erwähnte Treiberbeispiel gut beschrieben. Der Fahrer fährt oft auf einer Straße mit Ampel. Er weiß sehr gut, wie diese Ampel funktioniert. Und der Fahrer muss ihn nicht einmal mehr ansehen, um zu starten, sobald das grüne Licht aufleuchtet. Dies ist eine isolierte Prognosebildung angesichts des zuvor erworbenen Wissens über diese besondere Situation. In diesem Fall weiß das Gehirn des Fahrers nicht nur, dass unter normalen Bedingungen grünes Licht aufleuchtet, sondern auch, wann es passieren wird. Wir nennen es die interne Stoppuhr. Somit ist diese Vorhersage vorübergehend, dh das Gehirn nimmt das Ereignis nach einer bestimmten Zeit vorweg.
Neurowissenschaftler streiten sich immer noch über die Art und den Mechanismus zeitlicher Vorhersagen. In der heutigen Studie glauben Wissenschaftler, gefunden zu haben, wo die Antwort auf die Frage nach dem Ursprung von Zeitvorhersagen liegt - das Gehirn. Das ist aber verständlich. Insbesondere im Kleinhirn und in den Basalganglien.
Hier können wir den Ort des Kleinhirns sehen.Das erste „Stück des Gehirns“ - das Kleinhirn - ist die Abteilung, die für die Koordination unserer Bewegungen und des Gleichgewichts verantwortlich ist. Es ist direkt mit der Großhirnrinde, dem Rückenmark, dem extrapyramidalen System, dem Hirnstamm und, mit wem Sie denken, natürlich mit den Basalganglien verbunden. Dieses gesamte Team gibt dem Kleinhirn Informationen, die es dem Emu ermöglichen, bewusste oder unbewusste Bewegungen anzupassen.
Jüngste Studien haben gezeigt, dass das Kleinhirn eine wesentliche Rolle bei der Bildung zeitlicher Vorhersagen spielt. Bei der Bestimmung der Dauer der Intervalle und der Bestimmung der Differenz zwischen zwei getrennten (individuellen) Zeitintervallen. Mit anderen Worten, es ist das Kleinhirn, mit dem Sie fühlen können, dass 5-10 Minuten oder 10-15 Minuten vergangen sind. Entschuldigen Sie mich für ein primitives Beispiel.
Die Basalkerne wiederum sind bereits für rhythmische Urteile verantwortlich, dh für konstante periodische Phänomene (Ereignisse).
Es ist auch erwähnenswert, dass das Kleinhirn nicht vom menschlichen Verstand kontrolliert wird, während die Basalkerne im Gegenteil von einigen Theorien kontrolliert werden. Diese Theorie wird durch die Tatsache bestätigt, dass die Basalkerne während des Schlafes einer Person „einschlafen“.
Die Basalkerne sind auch an der Regulation motorischer Prozesse beteiligt (wie das Kleinhirn). Außerdem werden sie aktiv, wenn Sie Ihre Aufmerksamkeit konzentrieren. Zu diesem Zeitpunkt scheiden die Basalkerne eine Substanz namens Acetylcholin aus, die eine wichtige Rolle bei der Bildung des Gedächtnisses spielt.
Ein so kleiner Ausflug in die Neurobiologie hat uns bereits geholfen zu verstehen, warum die Forscher genau zwei Bereiche des Gehirns - das Kleinhirn und die Basalkerne - als Hauptdetails des zeitlichen Prognosemechanismus identifizierten.
Natürlich müssen Wissenschaftler ihre Theorie beweisen. Dazu wendeten sie den sogenannten neuropsychologischen Ansatz an. Und jetzt mehr über die Experimente selbst.
Vorbereitung für ExperimenteAn den Experimenten nahmen sowohl gesunde Probanden (als Kontrollgruppe) - 23 Personen als auch Personen mit Kleinhirnentartung (CD) - 13 Personen und mit Parkinson-Krankheit (PD) - 12 Personen teil. Ein wichtiger Aspekt war, dass in den letzten 5 Jahren vor dem Experiment nicht alle Probanden musikalisch aktiv waren, dh keine Musikinstrumente spielten und nicht im Chor sangen. Dieses kleine Persönlichkeitsmerkmal ist in der Studie tatsächlich von großer Bedeutung, da das Gehirn des Probanden sozusagen nicht für eine solche Aktivität trainiert wurde.
Die CD-Gruppe bestand aus 7 Frauen und 6 Männern, das Durchschnittsalter betrug 51,6 Jahre. Die Hauptdiagnose unter den Probanden dieser Gruppe war die spinocerebelläre Ataxie: 6 Personen - aufgrund des genetischen Kontexts 5 Probanden - unbekannte / idiopathische Ätiologie.
* 2 Testteilnehmer wurden aufgrund ihrer Unfähigkeit, die Testaufgabe abzuschließen, ausgeschlossen. Daher betrug die tatsächliche Teilnehmerzahl in der CD-Gruppe 11 und nicht 13.
Die PD-Gruppe bestand aus 7 Frauen und 5 Männern mit einem Durchschnittsalter von 68,4 Jahren. Vor der Durchführung von Experimenten haben Mitglieder dieser Gruppe die UPDRS-Tests (Unified Parkinson Disease Rating Scale) bestanden. Der Durchschnittswert für den Motilitätsindex betrug 14,2.
Beide Gruppen wurden auch auf das Vorhandensein / Fehlen anderer neurologischer Erkrankungen getestet.
Aufgrund der Tatsache, dass zwischen der CD- und der PD-Gruppe ein signifikanter Altersunterschied besteht, wurde auch die Kontrollgruppe (gesunde Probanden) gemäß diesem Parameter ausgewählt.
Die für 100 ms angezeigten farbigen Quadrate fungierten als Stimuli. Bei jedem experimentellen Ansatz gab es 2 oder 3 rote Quadrate, gefolgt von 1 weißen Quadrat, das als „Signal“ fungierte. Nach ihm gab es 1 grünes Quadrat - das „Ziel“, das das Hauptziel im Test war. Das Intervall zwischen dem weißen und dem grünen Quadrat betrug 600 ms oder 900 ms.
Die Hauptaufgabe der Probanden bestand darin, eine Taste auf der Tastatur zu drücken, sobald sie das Zielquadrat (grün) vor sich sehen.
In dem Experiment gab es 3 Varianten eines solchen Experiments, die im folgenden Bild schematisch dargestellt sind.
Schematische Darstellung von drei Arten von Experimenten: rhythmisch, Einzelintervall und zufällig.In der ersten Ausführungsform gab es 3 rote Quadrate, deren Intervall mit dem zwischen dem Signal- und dem Zielquadrat identisch war. Das heißt, 600 oder 900 ms zwischen jedem Quadrat, unabhängig von Farbe und Zweck. Somit ist diese Testoption am vorhersehbarsten.
In der zweiten Version gab es 2 rote Quadrate. Hier wurden die Intervalle geändert. Wie wir aus der obigen Grafik sehen, ist das Intervall zwischen den roten Quadraten und zwischen Weiß und Grün das gleiche, aber das Intervall zwischen dem letzten Rot und Weiß ist sehr unterschiedlich.
Daher wird es viel schwieriger, das Auftreten eines weißen Quadrats vorherzusagen, dies hat jedoch keinen signifikanten Einfluss auf das Testergebnis selbst, da das Intervall zwischen dem Signal- und dem Zielquadrat das gleiche bleibt wie zwischen den ersten beiden (rot).
In der dritten Version des Tests gab es 3 rote Quadrate, deren Intervalle im Bereich von 600 ... 900 ms absolut zufällig waren. Somit wird die Rhythmik des Auftretens aller Quadrate stark verletzt, um das Erscheinungsbild des nächsten vorherzusagen, ist, gelinde gesagt, sehr schwierig. Die Vorhersage des Aussehens des Zielquadrats wird unmöglich.
Außerdem hatten 25% der Tests am Ende der Sequenz kein Zielquadrat (grün), um vorzeitige Antworten zu vermeiden und die Ergebnisse dementsprechend genauer zu machen.
Der Prozess der experimentellen Prüfung der Probanden wurde in Innenräumen mit gedämpftem Licht und ohne Schallreize durchgeführt. Die Tests wurden auf einem normalen Monitor auf grauem Hintergrund dargestellt. Der Abstand zwischen Monitor und Motiv betrug 50 cm.
Während des Experiments führten die Probanden 3 Läufe (1 für jede der oben beschriebenen Optionen) aus 32 Tests durch (16 in Intervallen von 600 ms und 16 in 900 ms). 25% aller Tests in zufälliger Reihenfolge waren "Tricks", dh sie enthielten nicht das grüne Zielquadrat.
Auf dem Monitor wurde eine Fehlermeldung angezeigt, wenn der Teilnehmer antwortete (die Taste drückte), bevor das Zielquadrat auf dem Monitor erschien oder während des "Testtricks" (wenn überhaupt kein Zielquadrat vorhanden ist) sowie wenn die Antwortverzögerung 3 Sekunden betrug.
Nachdem wir nun wissen, wer an den Tests teilgenommen hat und wie sie durchgeführt wurden, sollten wir uns mit den Ergebnissen vertraut machen.
VersuchsergebnisseEs ist nicht schwer zu erraten, dass die Reaktionszeit (RT) der grundlegendste Indikator bei der Untersuchung der Ergebnisse der ersten beiden Testvarianten (rhythmisch und Einzelintervall) ist. Dieser Indikator sollte nach der Logik der Dinge im Test in zufälligen Intervallen signifikant höher sein.
Eine Varianzanalyse RT wurde für alle 4 Gruppen von Probanden durchgeführt. Warum 4 Gruppen, fragst du? Folgende Gruppen sind gemeint:
- CD - 11 Personen;
- CD-Matched (Kontrollgruppe entsprechend dem Durchschnittsalter der CD-Gruppe) - 11 Personen;
- PD - 12 Personen;
- PD-Matched (Kontrollgruppe entsprechend dem Durchschnittsalter der PD-Gruppe) - 12 Personen.
Die Ergebnisse der Varianzanalyse experimenteller Daten.In Grafik A sehen wir die Ergebnisse der RT-Zählung für die CD-Gruppe (Menschen mit Kleinhirn-Degeneration). Hier sehen wir das folgende Merkmal: Die Reaktionsrate von Testteilnehmern mit zufälligen Intervallen und einem Einzelintervalltest ist sehr ähnlich. Während RT Rhythmic Test ist viel besser. Die Kontrollgruppe (CD-Matched) zeigte einen anderen Trend. Die Reaktionsgeschwindigkeit in zufälligen Intervallen war erwartungsgemäß am höchsten. Die beiden anderen Tests zeigten jedoch ungefähr die gleichen Ergebnisse.
Einfach ausgedrückt, sowohl die CD-Gruppe als auch die entsprechende Kontrollgruppe schnitten mit Test Nr. 1 (rhythmisch) und mit Test Nr. 3 (zufällig) sehr schlecht ab, was ebenfalls ziemlich logisch war und zu erwarten war. Aber hier in Test Nr. 2 gibt es signifikante Unterschiede. Menschen mit Kleinhirnentartung konnten den Einzelintervalltest nicht so erfolgreich bewältigen wie die Kontrollgruppe (Menschen ohne Krankheit).
Ein Vergleich der Ergebnisse von zwei anderen Gruppen: PD (mit Parkinson-Krankheit) und PD-Matched (das gleiche Durchschnittsalter wie die PD-Gruppe, jedoch ohne die Krankheit) zeigte unterschiedliche Ergebnisse. Es ist daher überraschend, dass die PD-Gruppe Test Nr. 2 (Einzelintervall) fast genauso gut durchführte wie die Kontrollgruppe der Probanden. Gleichzeitig zeigte Test Nr. 3 (zufällig) erwartungsgemäß niedrige Ergebnisse. Test Nr. 1 zeigte nicht nur den Unterschied zwischen der PD-Gruppe und ihrer entsprechenden Kontrollgruppe, sondern auch den Unterschied zwischen der PD-Gruppe und der CD-Gruppe. Das heißt, Patienten mit Parkinson-Krankheit zeigen signifikant schlechtere Ergebnisse als Patienten mit Kleinhirn-Degeneration.
Die Korrelation der Ergebnisse der Analyse von Tests aller Gruppen können wir in den obigen Grafiken sehen.
Detailliertere Informationen zur Studie und zur Berechnung der Testergebnisse finden Sie im
Bericht der Wissenschaftler und in den
dazugehörigen Materialien .
NachwortDank dieser Studie konnten Wissenschaftler bestätigen, dass das Kleinhirn und die Basalkerne eine entscheidende Rolle für das Verständnis spielen, wie das menschliche Gehirn bestimmte Ereignisse vorhersagen kann, basierend auf der Erfahrung, der Art der Häufigkeit des Auftretens des Ereignisses und seiner Häufigkeit. Die Analyse der Daten von Kontrollgruppen und Patienten mit Parkinson-Krankheit bestätigte nur die vor einigen Jahren vorgebrachte Theorie.
Das Verständnis der Arbeit des Gehirns, selbst solcher scheinbar unbedeutender Eigenschaften, kann bei der Diagnose verschiedener neurologischer Erkrankungen hilfreich sein. Die Aussicht, solche Experimente als Grundlage für die zukünftige Untersuchung von Behandlungsmethoden zu verwenden, ist noch sehr vage. Mit solch kleinen, aber wichtigen Schritten nähern sich die Wissenschaftler jedoch dem Verständnis eines der unbekanntesten und komplexesten Objekte der Welt - des menschlichen Gehirns.
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