Was Ihr Gehirn tut, wenn Sie nichts tun | Quanta-Magazin

Immer wenn Sie aktiv eine Aufgabe ausführen – zum Beispiel Gewichte im Fitnessstudio heben oder eine schwere Prüfung ablegen – werden die Teile Ihres Gehirns, die für die Ausführung dieser Aufgabe erforderlich sind, „aktiv“, wenn Neuronen ihre elektrische Aktivität steigern. Aber ist Ihr Gehirn aktiv, auch wenn Sie auf der Couch entspannen?

Forscher haben herausgefunden, dass die Antwort „Ja“ lautet. In den letzten zwei Jahrzehnten haben sie das sogenannte Standardmodus-Netzwerk definiert, eine Ansammlung scheinbar unabhängiger Bereiche des Gehirns, die aktiviert werden, wenn man überhaupt nicht viel tut. Seine Entdeckung hat Erkenntnisse darüber geliefert, wie das Gehirn außerhalb klar definierter Aufgaben funktioniert, und hat auch die Erforschung der Rolle von Gehirnnetzwerken – nicht nur Gehirnregionen – bei der Bewältigung unserer inneren Erfahrungen angeregt.

Im späten 20. Jahrhundert begannen Neurowissenschaftler, neue Techniken zu nutzen, um Bilder vom Gehirn von Menschen zu machen, während diese Aufgaben in Scan-Maschinen erledigten. Wie erwartet nahm die Aktivität in bestimmten Gehirnbereichen während der Aufgaben zu – und zur Überraschung der Forscher nahm die Aktivität in anderen Gehirnbereichen gleichzeitig ab. Die Neurowissenschaftler waren fasziniert davon, dass bei einer Vielzahl von Aufgaben dieselben Gehirnbereiche ihre Aktivität immer wieder reduzierten.

Es war, als wären diese Bereiche aktiv, wenn die Person nichts tat, und dann ausgeschaltet, wenn der Geist sich auf etwas Äußeres konzentrieren musste.

Forscher nannten diese Bereiche „aufgabennegativ“. Als sie zum ersten Mal identifiziert wurden, Markus Raichle, ein Neurologe an der Washington University School of Medicine in St. Louis, vermutete, dass diese aufgabennegativen Bereiche eine wichtige Rolle für den ruhenden Geist spielen. „Dadurch stellte sich die Frage: ‚Was ist die Grundaktivität des Gehirns?‘“, erinnert sich Raichle. In einem Experiment forderte er Menschen in Scannern auf, die Augen zu schließen und einfach ihre Gedanken schweifen zu lassen, während er ihre Gehirnaktivität maß.

Er fand heraus, dass aufgabennegative Bereiche im Ruhezustand, wenn wir uns geistig nach innen wenden, mehr Energie verbrauchen als der Rest des Gehirns. In einer Arbeit aus dem Jahr 2001 nannte er diese Aktivität „ein Standardmodus der Gehirnfunktion.“ Zwei Jahre später entdeckte ein Team der Stanford University School of Medicine nach der Generierung höher aufgelöster Daten, dass diese aufgabennegative Aktivität ein kohärentes Netzwerk interagierender Gehirnregionen definiert, das sie nannten das Netzwerk im Standardmodus.

Die Entdeckung des Standardmodus-Netzwerks weckte bei Neurowissenschaftlern die Neugier darüber, was das Gehirn tut, wenn keine nach außen gerichtete Aufgabe vorliegt. Obwohl einige Forscher glaubten, dass die Hauptfunktion des Netzwerks darin bestehe, unsere Erfahrung des Gedankenschweifens oder Tagträumens zu erzeugen, gab es viele andere Vermutungen. Vielleicht kontrollierte es Bewusstseinsströme oder aktivierte Erinnerungen an vergangene Erfahrungen. Und eine Funktionsstörung im Standardmodus-Netzwerk wurde als potenzielles Merkmal nahezu jeder psychiatrischen und neurologischen Störung, einschließlich Depression, Schizophrenie und Alzheimer-Krankheit, ins Spiel gebracht.

Seitdem hat eine Flut von Untersuchungen zum Standardmodus dieses anfängliche Verständnis erschwert. „Es war sehr interessant zu sehen, mit welchen unterschiedlichen Aufgaben und Paradigmen das Standardmodus-Netzwerk in den letzten 20 Jahren zu tun hat“, sagte er Lucina Uddin, Neurowissenschaftler an der University of California, Los Angeles.

Der Standardmodus war eines der ersten wissenschaftlich charakterisierten Gehirnnetzwerke. Es besteht aus einer Handvoll Gehirnregionen, darunter einige an der Vorderseite des Gehirns, wie die dorsalen und ventralen medialen präfrontalen Kortizes, und andere, die über das ganze Organ verstreut sind, wie die hintere cinguläre Kortikalis, der Precuneus und der Gyrus angulär. Diese Regionen sind mit Gedächtnis, Erfahrungswiedergabe, Vorhersage, Handlungserwägung, Belohnung/Strafe und Informationsintegration verbunden. (Die farbige Hervorhebung in der folgenden Abbildung zeigt einige der äußeren Gehirnbereiche an, die aktiver werden, wenn das Standardnetzwerk aktiviert wird.)

Seit seiner Entdeckung haben Neurowissenschaftler eine Handvoll weiterer unterschiedlicher Netzwerke identifiziert, die jeweils scheinbar unterschiedliche Bereiche des Gehirns aktivieren. Diese aktivierten Bereiche agieren nicht unabhängig voneinander, sondern harmonieren vielmehr synchron miteinander. „Man kann sich ein Symphonieorchester nicht nur als Geigen oder Oboen vorstellen“, sagte Raichle. Ebenso interagieren die einzelnen Teile in einem Gehirnnetzwerk, um Wirkungen hervorzurufen, die sie nur gemeinsam hervorrufen können.

Forschungsergebnissen zufolge gehören zu den Auswirkungen des Standardmodus-Netzwerks Gedankenwandern, das Erinnern an vergangene Erfahrungen, das Nachdenken über den mentalen Zustand anderer, das Vorstellen der Zukunft und das Verarbeiten von Sprache. Auch wenn dies wie eine Wundertüte mit nicht zusammenhängenden Aspekten der Kognition erscheinen mag, Vinod Menon, der Direktor des Stanford Cognitive & Systems Neuroscience Laboratory, stellte kürzlich die Theorie auf, dass all diese Funktionen hilfreich sein könnten Aufbau einer inneren Erzählung. Seiner Ansicht nach hilft Ihnen das Netzwerk im Standardmodus dabei, darüber nachzudenken, wer Sie im Verhältnis zu anderen sind, sich an Ihre vergangenen Erfahrungen zu erinnern und all das dann in einer zusammenhängenden Selbsterzählung zusammenzufassen.

Der Standardmodus hat eindeutig etwas Kompliziertes vor; Es ist an vielen verschiedenen Prozessen beteiligt, die nicht genau beschrieben werden können. „Es ist irgendwie albern zu glauben, dass wir jemals sagen werden: ‚Diese eine Gehirnregion oder dieses Gehirnnetzwerk macht eine Sache‘“, sagte Uddin. „Ich glaube nicht, dass das so funktioniert.“

Uddin begann mit der Untersuchung des Standardmodus-Netzwerks, weil sie an Selbsterkennung interessiert war und viele Selbsterkennungsaufgaben, wie etwa die Identifizierung des eigenen Gesichts oder der eigenen Stimme, offenbar mit dem Netzwerk verbunden waren. In den letzten Jahren hat sie ihre Aufmerksamkeit auf die Interaktionen zwischen Gehirnnetzwerken verlagert. So wie verschiedene Gehirnbereiche miteinander interagieren, um Netzwerke zu bilden, interagieren auch verschiedene Netzwerke auf sinnvolle Weise miteinander, sagte Uddin. „Netzwerkinteraktionen sind in gewisser Weise aufschlussreicher zu untersuchen als nur ein isoliertes Netzwerk, da sie zusammenarbeiten und sich dann auflösen und dann im Laufe der Zeit ihre Funktionsweise ändern.“

Sie interessiert sich besonders dafür, wie das Netzwerk im Standardmodus interagiert das SalienznetzwerkDies scheint uns dabei zu helfen, zu jedem Zeitpunkt die relevanteste Information zu identifizieren. Ihre Arbeit legt nahe, dass das Salience-Netzwerk erkennt, wann etwas wichtig ist, auf das man achten muss, und dann als Ausschalter für das Standardmodus-Netzwerk fungiert.

Forscher haben auch untersucht, ob psychische Störungen wie Depressionen mit Problemen mit dem Default-Mode-Netzwerk zusammenhängen könnten. Bisher waren die Ergebnisse nicht schlüssig. Bei Menschen mit Depressionen beispielsweise haben einige Forscher herausgefunden, dass die Netzwerkknoten übermäßig miteinander verbunden sind, während andere das Gegenteil festgestellt haben – dass die Knoten keine Verbindung herstellen. Und in einigen Studien ist das Netzwerk im Standardmodus selbst nicht abnormal, seine Interaktionen mit anderen Netzwerken jedoch schon. Diese Ergebnisse mögen unvereinbar erscheinen, aber sie stimmen mit den jüngsten Erkenntnissen darüber überein, dass es sich möglicherweise um eine Depression handelt eine Ansammlung unterschiedlicher Störungen die ähnliche Symptome aufweisen.

Inzwischen hat Menon das entwickelt, was er das nennt Dreifache Netzwerktheorie. Es wird davon ausgegangen, dass abnormale Interaktionen zwischen dem Standardmodusnetzwerk, dem Salienznetzwerk und einem dritten Netzwerk namens Frontoparietalnetzwerk zu psychischen Störungen wie Schizophrenie, Depression, Angstzuständen, Demenz und Autismus beitragen könnten. Typischerweise nimmt die Aktivität des Netzwerks im Standardmodus ab, wenn jemand auf einen externen Reiz achtet, während die Aktivität in den beiden anderen Netzwerken zunimmt. Menon vermutet, dass dieses Hin und Her zwischen Netzwerken bei Menschen mit psychiatrischen oder Entwicklungsstörungen möglicherweise nicht auf die gleiche Weise funktioniert.

Deanna Barch, der die Neurobiologie psychischer Erkrankungen an der Washington University in St. Louis studiert, ist fasziniert von der Triple-Network-Theorie. Die Untersuchung, wie Netzwerke bei Menschen mit psychischen Störungen unterschiedlich verschaltet sind, könne Forschern helfen, zugrunde liegende Mechanismen zu finden und Behandlungen zu entwickeln, sagte sie. Allerdings glaubt sie nicht, dass Netzwerkinteraktionen allein psychische Erkrankungen vollständig erklären können. „Ich denke, das Verständnis der Konnektivitätsunterschiede ist ein Ausgangspunkt“, sagte Barch. „Es ist kein Endpunkt.“

Das aktuelle Verständnis des Default-Mode-Netzwerks ist sicherlich auch nicht dessen Endpunkt. Seit seiner Entdeckung hat es Neurowissenschaftler dazu veranlasst, über die Verantwortlichkeiten einzelner Gehirnregionen hinaus zu denken und die Auswirkungen von Interaktionen zwischen Gehirnnetzwerken zu betrachten. Und es hat viele Menschen dazu gebracht, die nach innen gerichteten Aktivitäten des Geistes zu schätzen – dass unser Gehirn selbst dann, wenn wir träumen oder ruhen, hart daran arbeitet, dies zu verwirklichen.