UKE-Veröffentlichung im renommierten Fachjournal Nature

Welche kognitiven Prozesse laufen im Gehirn ab, wenn wir eine Entscheidung treffen? Dieser Frage sind Forschende des Universitätsklinikums Hamburg-Eppendorf (UKE) gemeinsam mit Wissenschaftler:innen der Harvard Medical School und des Boston Children's Hospital nachgegangen. Die Forschenden konnten feststellen, dass im für die Entscheidungsfindung verantwortlichen Bereich des Kortex eine Art neuronaler Schlagabtausch stattfindet: Bei den Neuronen, die im Zuge der Entscheidungsfindung aktiviert werden, setzen sich diejenigen mit der größten elektrischen Aktivität durch – Neuronen mit einer schwächeren Signalleistung werden von ihnen abgeschaltet. Ihre Studienergebnisse haben die Forschenden im Fachjournal Nature veröffentlicht.

Steht eine Entscheidungsfindung im Posterioren Parietalkortex (PPC) an, senden spezifische Gruppen von Neuronen elektrische Signale, die jeweils unterschiedliche Entscheidungsoptionen signalisieren sollen. Anhand der experimentellen Untersuchung von Richtungsentscheidungen in einem virtuellen Labyrinth konnten die Wissenschaftler:innen zeigen, dass jedes Neuron Informationen für eine Richtungsentscheidung durch externe visuelle Hinweise sammelt, die beispielsweise anzeigen, ob ein Abbiegen nach links oder rechts die jeweils bessere Option ist. Die von den Neuronen gelesenen Hinweise für eine Entscheidung stehen hierbei in direkter Verbindung zur neuronalen Aktivität: Die Neuronen mit der besten Beweislage für eine Entscheidung bilden eine größere elektrische Aktivität aus und setzen sich in diesem Zuge durch, indem sie elektrisch schwächere Neuronen hemmen beziehungsweise abschalten. Auf diese Weise werden die von den einzelnen Neuronen gesammelten Hinweise auf die Ebene eines kortikalen Schaltkreises übertragen und zugunsten einer positiven Entscheidungsfindung verstärkt.

„Die Fähigkeit, gute Entscheidungen zu treffen, gehört zu den grundlegenden kognitiven Herausforderungen, die wir im täglichen Leben bewältigen müssen. Durch unsere Studie konnten wir erstmals nachweisen, dass winner-takes-all-Prozesse in der hierfür verantwortlichen Hirnregion unserer Entscheidungsfindung zugrunde liegen“, sagt Prof. Dr. Stefano Panzeri, UKE-Studienleiter und Direktor des Instituts für Neurale Informationsverarbeitung des UKE. Prof. Panzeri ist Nucleus-Professor im Rahmen der Exzellenzstrategie des Bundes und der Länder und wird von der Exzellenzuniversität Hamburg gefördert.

Literatur

Kuan, Bondanelli, Driscoll et al. Synaptic wiring motifs in posterior parietal cortex support decision-making. Nature. 2024. DOI: doi.org/10.1038/s41586-024-07088-7