Das Verständnis, wie das Gehirn seine Struktur und Funktionen erzeugen Bewusstsein

Das Verständnis, wie das Gehirn seine Struktur und Funktionen erzeugen Bewusstsein

Wenn wir eine weite definition des Bewusstseins als erleben von uns selbst und der Außenwelt, es kann gesagt werden, zu kommen und zu gehen. Während traumlosen Schlaf es scheint, abwesend, scheinbar wieder während der lebendigen träumen, vor mehr definitiv wieder am Erwachen. Aber, wie das Gehirn übergänge zwischen diesen Zuständen ist schlecht verstanden.

Die Anerkennung, dass die Antworten liegen kann in den Neurowissenschaften ist eines der Ziele des Human Brain Project (HBP) ist ein aufwendigeres Modell zeichnet sich durch realistisch-Konnektivität, detaillierte neuronale Dynamik und lernregeln; unternimmt man mehrere kognitive Aufgaben durch die Integration von verschiedenen kortikalen Bereichen.

Replizieren grundlegende Aktivität und kognitiven Aufgaben

Die Netzwerk-Modelle für Bewusstseins-Programms innerhalb der HBP dargelegt, um ein besseres Verständnis der Beziehung zwischen Struktur und Funktion im Gehirn zu erklären, die Entstehung von komplexen Netzwerk-Dynamik, die es ermöglichen, Wahrnehmung, Vorhersage, Ziel gerichtet Verhalten und andere High-end-kognitiven Funktionen.

„Wie kommt es, dass die gleichen anatomischen Struktur, unser Gehirn das komplizierte Netzwerk namens „connectome“, “ kann mal Gastgeber der Komplexität des Bewusstseins und zu anderen Zeiten existieren scheinbar so fade Angelegenheit? Dies ist eines der größten Geheimnisse der Biologie oder auch der Physik, der“ Projekt-Forscher, Prof. Marcello Massimini, sagt.

Eine der Herausforderungen beim Aufbau einer realistischen, Daten-getrieben, multi-tasking-Bewusstseins-Modell ist, dass Sie immer die richtigen strukturellen und funktionalen Modellierung Parameter zu replizieren, die Entstehung der ausgewogene, komplexe Muster der Aktivität. „Die bestehenden Modelle replizieren, entweder bestimmten kognitiven Funktionen oder Globale Zustände des Gehirns, kann aber nicht mithalten mit den beiden. Diese balance zwischen Differenzierung und Einheit ist, was macht das Gehirn spezielle mit Bezug zum Bewusstsein“, sagt Prof. Massimini.

Das Programm profitiert von den einzigartigen HBP-know-how erstellen eines Modells mit Hilfe einer gemeinsamen Infrastruktur aufgebaut aus verschiedenen Vermögenswerte einschließlich: Atlanten, Neuroinformatik, Gehirn-simulation, high-performance analytics und computing, medizinische informatik und neuromorphic computing.

Dieses „Rückgrat“ sammelt, überarbeitet und integriert die strukturellen und funktionellen Daten auf eine Skala von einzelnen Neuronen auf das ganze Gehirn. Die Einbindung sowohl von high-level -, large-scale-Modelle, die sich replizieren, global brain dynamics (top-down) und detaillierte biophysikalische Modelle von realistischen neuronalen Funktion (bottom-up) wird ein entscheidender Schritt.

Medizinischen Auswirkungen und darüber hinaus

Die Ergebnisse des Projektes, kombiniert mit anderen aus der HBP, bilden ein kohärentes Bild. Zum Beispiel, empirische Forschung mit Nagetieren identifiziert hat einen Schlüssel neuronale Mechanismus, der für die bewusste Wahrnehmung von sinnesreizen. Dieser Prozess, bekannt als „apikalen dendritischen Verstärkung“ wurde auch erkannt und das visuelle system des Menschen und kann repliziert werden, in computer-Simulationen sowie in neuromorphic chips, die das Bild zu verbessern Anerkennung.

Parallel werden diese Aktivitäten erläutert die Mechanismen, durch die wiederkehrende, komplexe kortikale Interaktionen sind gestört beim einschlafen, wobei die Neuronen können nicht verfolgen Sie die Eingänge, die Sie erhalten.

„Dank unserer gemeinsamen Infrastruktur, zwei Linien der Forschung vielleicht bald enthalten eine verbindende Mechanismus, Buchhaltung für beide sensorischen Wahrnehmung von spezifischen Inhalten und global brain-state transitions“, sagt Prof. Massimini.

Diese Arbeit hat erhebliche medizinische Konsequenzen für die Bewertung der patient das Bewusstsein und die Behandlung von Störungen, die einen Beitrag zum Krankenbett Beobachtung bei Verlust und Wiedererlangung des Bewusstseins im Schlaf, Narkose, Koma und Verwandte Zustände. Derzeit gibt es noch keine klaren brain-based behavioral Richtlinien; von entscheidender Bedeutung in der Intensivmedizin.