Funktionale Vorteile kritischer Gehirndynamik

Das Gehirn ist das Organ, das uns mit der Außenwelt verbindet. Durch unser Gehirn machen wir Erfahrungen, lernen, entwickeln uns weiter, passen uns an und schaffen Erinnerungen, die jeden von uns einzigartig machen. Obwohl wir alle die gleiche Gehirnarchitektur haben, entwickelt jeder von uns seine eigene "Repräsentation" von Objekten und der uns umgebenden Welt. Warum ist das so? Wie verarbeitet unser Gehirn Sinneseindrücke, um Reaktionen hervorzurufen und schließlich unsere eigene "Repräsentation" der Welt zu schaffen? Fragen dieser Art haben Philosophen und Wissenschaftler jahrhundertelang beschäftigt, und sie stellen auch heute noch eine große Herausforderung für die moderne Wissenschaft dar. Jüngste Studien deuten darauf hin, dass unsere Sinneserfahrungen entscheidend von der ständigen Aktivität des Gehirns geprägt sind, von der man annimmt, dass sie den "inneren Zustand" des Gehirns darstellt. Dieser Zustand bleibt jedoch weitgehend eine abstrakte Größe, die nur schwer zu erfassen und zu quantifizieren ist. Eine Reihe empirischer Belege, die in den letzten zwei Jahrzehnten gesammelt wurden, stützen die Hypothese, dass die laufende Hirnaktivität mit einem physikalischen Zustand namens "Kritikalität" übereinstimmt. Es wird angenommen, dass Kritikalität neuronale Netze mit optimalen Rechenkapazitäten ausstattet, was sich in der Fähigkeit des Gehirns niederschlägt, prompt und angemessen auf äußere Reize zu reagieren, indem es eine Vielzahl von koordinierten kollektiven Verhaltensweisen hervorbringt. Die Hypothese, dass das Gehirn nahe an der "Kritikalität" arbeitet, wurde vor mehr als dreißig Jahren aufgestellt. Für ihre Rolle bei den Gehirnfunktionen gibt es jedoch keine direkten empirischen Beweise in vivo. Dieses Projekt zielt darauf ab, diese Hypothese direkt zu testen, indem die Rolle der Kritikalität des Gehirns beim Lernen und Gedächtnis in vivo untersucht wird. Durch die Quantifizierung der funktionellen Vorteile der "Kritikalität" des Gehirns beim Lernen und Gedächtnis in vivo soll im Rahmen des Projekts schließlich ein Maß für die Rechenleistung in Abhängigkeit von der Entfernung von einem normalen "internen Zustand", d. h. näher oder weiter entfernt von der "Kritikalität", entwickelt werden. Die Bereitstellung eines Maßstabes für den "internen Zustand", der zur Bewertung seiner funktionellen Rolle bei Verhaltens- und kognitiven Leistungen verwendet werden kann, wird einen großen Schritt nach vorn beim Verständnis der Interaktion unseres Gehirns mit der Welt um uns herum darstellen.