Bereich: Neurowissenschaften und Erkrankungen des Nervensystems

Prof. Dimitri Van De Ville EPFL	Dr. Juliane Britz Universität Genf

Das Gehirn im Ruhezustand: ein wohlorganisiertes Chaos mit fraktaler Struktur

Bewusstsein wird meist anhand theoretischer Modelle beschrieben, aber die neuronalen Mechanismen, die der Entstehung bewusster Gedanken zugrunde liegen, sind kaum bekannt.

Wir konnten nun ein fundamentales Organisationsprinzip der Hirnaktivität identifizieren, mit dem sich die Entstehung bewusster Gedanken erklären lässt: Die Topographie des elektrischen Feldes, das vom Gehirn generiert und mittels EEG auf der Kopfhaut gemessen werden kann, zeigt kurze Phasen der Stabilität von ca. 100 ms, so genannte EEG-Mikrozustände, die auch als «Gedankenatome» bezeichnet werden. Anhand gleichzeitiger EEG-fMRI-Aufzeichnungen im Ruhezustand und neuer mathematischer Analysen konnten wir überzeugende Evidenz dafür liefern, dass die Sequenzen von EEG-Mikrozuständen bei gesunden Personen eine skalenfreie monofraktaleDynamik zeigen, d. h. sie sind auf sehr unterschiedlichen zeitlichen Skalen auf identische Art und Weise organisiert. Dies deutet darauf hin, dass das Gehirn in einem kritischen Zustand arbeitet, der eine rasche Reorganisation seiner funktionellen Netzwerke erlaubt.

Diese Integration von globaler Gehirnaktivität auf unterschiedlichen zeitlichen Skalen scheint notwendig zu sein, um eine effiziente Informationsverarbeitung zu ermöglichen, die eine Grundvoraussetzung für Wahrnehmung, Kognition und letztendlich für das Bewusstsein darstellt. Störungen dieser Mikrozustände könnten als ein diagnostischer Parameter für unterschiedliche mentale Erkrankungen dienen.

EEG microstate sequences in healthy humans at rest reveal scale-free dynamics. Dimitri Van De Ville, Juliane Britz, Christoph M. Michel. Proceedings of the National Academy of Sciences of the USA, vol. 107, p. 18179 –18184, Oct 19, 2010

Forschungsarbeit (Original Publikation)
>>> EEG microstate sequences in healthy humans at rest reveal scale-free dynamics (PDF)	268 Kb