Warum können manche Menschen Aufgaben besser wechseln als andere?
A neue Studie von Forschern der Rutgers University zeigten, dass die Vernetzung und das Timing des Gehirns erklären, warum manche Menschen effizienter zwischen mentalen Aufgaben wechseln und warum wir alle unterschiedliche kognitive Fähigkeiten haben.
Unser Gehirn verarbeitet Informationen unterschiedlich schnell, je nachdem, mit welcher Art von Daten es es zu tun hat und welche Teile des Gehirns beteiligt sind.
Nicht alle Regionen des Gehirns sind für die gleichen Funktionen zuständig: Verschiedene Bereiche und sogar verschiedene Schichten in diesen Bereichen verfügen über unterschiedliche „neuronale Zeitskalen“, die messen, wie neuronale Schaltkreise Informationen im Laufe der Zeit integrieren.
Einige reagieren und verändern sich sehr schnell und unterstützen so sekundenschnelle Reaktionen, während andere Informationen langsamer integrieren und so bei reflexiveren Prozessen wie dem Verstehen von Kontext und Bedeutung helfen.
Die in Nature Communications veröffentlichte Studie ergab, dass die Art und Weise, wie diese Zeitskalen über den Kortex verteilt sind, eine entscheidende Rolle dabei spielt, wie effizient das Gehirn zwischen groß angelegten Aktivitätsmustern wechselt, die mit dem Verhalten verbunden sind – beispielsweise vom Ruhezustand zur Konzentration auf eine herausfordernde Aufgabe.
Dieses Muster variiert von Person zu Person, was darauf hindeutet, dass diese zeitlichen Unterschiede dazu beitragen, dass manche Gehirne schneller oder flexibler sind als andere.
„Wir haben herausgefunden, dass Unterschiede in der Art und Weise, wie das Gehirn Informationen mit unterschiedlicher Geschwindigkeit verarbeitet, erklären, warum Menschen unterschiedliche kognitive Fähigkeiten haben“, sagte Linden Parkes, leitender Autor der Studie und Professor für Psychiatrie an der medizinischen Fakultät von Rutgers.
„Menschen, deren Gehirnvernetzung besser an die Art und Weise angepasst ist, wie verschiedene Regionen mit schnellen und langsamen Informationen umgehen, weisen tendenziell eine höhere kognitive Leistungsfähigkeit auf“, fügte er hinzu.
Das Rutgers-Team untersuchte, wie das Gehirn Signale empfängt und wie es seine weiße Substanz nutzt, um diese zu integrieren, sodass Informationen über Regionen hinweg ausgetauscht und zu kohärentem Verhalten kombiniert werden können.
Zu diesem Zweck analysierten die Forscher Bildgebungsdaten des Gehirns von 960 Personen, kartierten die Gehirnkonnektivität jeder Person und verwendeten mathematische Modelle, um zu verfolgen, wie Informationen im Laufe der Zeit durch das Gehirn fließen.
Im Modell arbeitete jede Gehirnregion mit ihrer eigenen bevorzugten Reaktionsgeschwindigkeit, wobei die Forscher diese Geschwindigkeiten anpassten, bis die simulierte Gehirnaktivität wie echte Gehirnscandaten aussah. Gehirne, deren Timing besser abgestimmt war, brauchten nur einen kleinen Anstoß, um zwischen Aktivitäten zu wechseln, was bedeutet, dass es auch für die echten Gehirne weniger Aufwand erforderte, sich zu ändern.
Die Studie ergab, dass diese Muster mit genetischen, molekularen und zellulären Merkmalen jeder Gehirnregion verknüpft sind.
Als das Team diese Timing-Karten mit der Leistung von Menschen bei Standard-Denktests verglich, stellte es fest, dass Personen, deren Gehirne im Modell den Zustand effizienter wechselten, tendenziell bessere Leistungen erbrachten, was auf einen Zusammenhang zwischen der Leichtigkeit des Gehirnzustandswechsels und der allgemeinen Denkfähigkeit hinwies.
Die Forscher werden nun Erkrankungen wie Schizophrenie, bipolare Störung und Depression untersuchen, um zu untersuchen, wie Störungen der Gehirnkonnektivität und neuronalen Zeitskalen die Informationsverarbeitung verändern können.
