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The dissertation deals with the general problem of how the brain can establish correspondences between neural patterns stored in different cortical areas. Although an important capability in many cognitive areas like language understanding, abstract reasoning, or motor control, this thesis concentrates on invariant object recognition as application of correspondence finding. One part of the work presents a correspondence-based, neurally plausible system for face recognition. Other parts address the question of visual information routing over several stages by proposing optimal architectures for such routing ('switchyards') and deriving ontogenetic mechanisms for the growth of switchyards. Finally, the idea of multi-stage routing is united with the object recognition system introduced before, making suggestions of how the so far distinct feature-based and correspondence-based approaches to object recognition could be reconciled.
Die vorliegende Arbeit ist der Fragestellung nachgegangen, ob sich die Gedächtnisleistung, insbesondere die von älteren Menschen, durch Gedächtnistraining verbessern lässt. Dabei sollen Verhaltensdaten und EEG-Daten, die simultan mit der Bewältigung einer Gedächtnisaufgabe erhoben wurden, korreliert werden. Untersucht wurden zwei verschiedene Gruppen. Zum einen Mild Cognitive Impairment Patienten und zum anderen eine altersähnliche Kontrollgruppe. Unter Mild Cognitive Impairment (MCI) versteht man eine leichte kognitive Beeinträchtigung des Gedächtnisses, welche aber die Kriterien einer Demenzmanifestation noch nicht erfüllt. Die Diagnosekriterien für MCI sind nicht einheitlich. Ein häufiges Kriterium wurde von Petersen (1999) definiert und ist die objektive Beeinträchtigung des Gedächtnisses ohne weitere kognitive Einbußen. Die Leistungsfähigkeit des Gedächtnisses/Gedächtnissubsystems muss dabei mindestens 1,5 Standardabweichungen schlechter sein, als die einer alters- und ausbildungsgleichen Population. Etwa 16-34 % aller 65 jährigen leiden unter dieser Form der kognitiven Beeinträchtigung. Schätzungen ergeben, dass 70 % der demenziellen Erkrankungen innerhalb von 2-3 Jahren aus einer MCI hervorgehen. Veränderungen des EEGs bei Patienten mit der Alzheimer'schen Demenz (AD) und MCI-Patienten wurden in den letzten Jahren untersucht, insbesondere Untersuchungen der EEG-Spontanaktivität, da diese vor allem bei den AD-Patienten leichter zu realisieren sind. Auffällig ist ein allgemein „langsamer“ werdendes EEG bei den Demenz-Patienten. Vor allem im okzipitalen Bereich ist ein Verlust des Alpha-Blocks beim Öffnen der Augen zu registrieren. In einem sehr frühen Stadium der AD ist meist noch kein verändertes EEG zu verzeichnen, ebenso bei MCI-Patienten. Eine beobachtbare Veränderung der EEG-Oszillationen könnte aber für eine frühe Diagnose der Krankheit und somit auch für eine frühe Behandlungsmöglichkeit von Bedeutung sein. Das Elektroenzephalogramm misst elektrische Potentiale, die im Gehirn durch „Neuronenaktivität“ verursacht werden und hat eine besonders gute zeitliche Auflösung (in ms Bereich) dafür aber eine schlechte räumliche. Die schlechte räumliche Auflösung ist dadurch zu begründen, dass man beim EEG „nur“ Oberflächenpotentialänderungen registrieren kann und dadurch nicht die Quelle der Potentiale lokalisieren kann. Die hohe zeitliche Auflösung des EEGs ermöglicht es aber die neuronale Aktivität während und auch nach der Kodierung sensorischer Informationen (z.B. visuelle Stimulation, wie in dieser Arbeit) zu beobachten. In vorliegender Arbeit wurde untersucht, ob gesunde, ältere Menschen im Vergleich zu Patienten mit leichter Gedächtnisstörung, beim Bewältigen einer Gedächtnisaufgabe, unterschiedliche Hirn-Aktivitäten aufweisen und inwieweit ein Gedächtnistraining von vier Wochen die Gedächtnisleistung der Probanden/Patienten aber auch das EEG-Aktivitätsmuster verändern kann; ob das Gedächtnis also auch im Alter oder sogar bei Dysfunktionen durch Training verbessert werden kann. Dabei galt gerade dem frontalen Bereich besonderes Interesse, da diesem Bereich für das Gedächtnissystem eine besondere Relevanz zugeschrieben wird. Eine delayed matching to sample Aufgabe wurde für visuelle Stimulation, Testung des Arbeitsgedächtnisses und für das kognitive Training durchgeführt. Die neuropsychologischen Daten wurden hierfür mit den EEG-Daten korreliert.
Interpret und kreativer Lückenfüller : wie optische Illusionen in der Großhirnrinde entstehen
(2005)
Optische Täuschungen sind nicht nur kuriose Beispiele dafür, wie leicht unser ahrnehmungsapparat »ausgetrickst« werden kann, sie werden seit langem von Psychologen und Kognitionsforschern genutzt, um das visuelle System und seine neurophysiologischen Prinzipien zu erforschen. Auch Scheinbewegungen gehören zu diesen Täuschungen: Sie entstehen durch den schnellen Wechsel statischer Bilder. Frankfurter Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für Hirnforschung konnten mit Hilfe der funktionellen Magnetresonanztomografie zeigen, wie das Gehirn die Illusion einer Bewegung erzeugt, obwohl der gebotene Reiz nur aus benachbarten, abwechselnd aufblinkenden Quadraten bestand. Hier wird nicht nur das konstruktive Prinzip deutlich, mit dem das visuelle System arbeitet, mehr noch: Die Großhirnrinde betätigt sich als »kreativer Lückenfüller«, der aktiv fehlende Sinnesdaten zu »plausiblen« Gesamteindrücken ergänzt.
Der Beitrag erläutert den Forschungsstand zur Entdeckung der Spiegelneuronen und fragt nach den Folgen dieser Entdeckung für die alte Frage nach dem Grund unseres Wohlgefallens an nachgeahmten Handlungen. Der Beitrag argumentiert, dass die Spiegelneuronen mindestens einer der zentralen neuronalen Mechanismen sind, die erklären, warum der Mensch Literatur hat. Diese Hypothese hat ihrerseits Folgen für einen präziseren Begriff der Literatur. Literatur besteht demnach aus Nachahmungsgeschichten. Sie ist Nahrung für unseren Nachahmungsinstinkt. Die Spiegelneuronen erklären, warum wir diese Nahrung brauchen und welche Bedingungen erfüllt sein müssen, damit Literatur diese Funktion erfüllen kann.
Die vorliegende Dissertation stellt Ludwig Edinger (1855-1918) erstmals im Kontext der Entwicklung dar, die das von ihm begründete Neurologische Institut nach seinem Tode genommen hat. Die aufgeworfene Problemstellung konzentriert sich auf die Rekonstruktion dessen, was Edinger in seinem Neurologischen Institut verwirklichen wollte. Mit dieser Institutions- und Ideengeschichte sind menschliche Schicksale unauflösbar verbunden. Die Ergebnisse der Untersuchung sollen abschließend kurz zusammengefasst werden: 1.) Die kritische Diskussion des bisherigen Rezeptionsstandes, dessen geschichtliche Etappen rekonstruiert wurden, demonstrierte detailliert die bis in die Gegenwart reichenden Verkürzungen im Verständnis von Leben und Werk Ludwig Edingers. Für eine angemessene Erinnerung an die Bedeutung dieses deutschen Juden erwies sich der Nationalsozialismus als entscheidende Zäsur. Ein fast vollständiges Tabu über der Institutsgeschichte zwischen dem Beginn des Ersten und dem Ende des Zweiten Weltkrieges war die wirkungsgeschichtliche Folge (Kapitel I). 2.) Demgegenüber galt es zunächst, den Zusammenhang zwischen Edingers deutsch-jüdischer Lebensgeschichte und der inneren Einheit seines wissenschaftlichen Werkes in den Blick zu rücken (Kapitel II). 3.) Ludwig Edinger ist nun nicht mehr nur als vergleichend-neuroanatomischer Grundlagenforscher, sondern auch als praktischer und theoretisierender Nervenarzt erkennbar (Kapitel III und IV). 4.) Rekonstruiert wurde das interdisziplinäre Forschungsprogramm, das Ludwig Edinger in seinem Neurologischen Instituts verwirklichen wollte (Kapitel IV). 5.) Ein Produkt dieses neurowissenschaftlichen Projekts war die von Kurt Goldstein (1878-1965) begründete Neuropsychologie (Kapitel IV, V und VI). 6.) Einen weiteren Zweig bildete die ebenfalls in den zwanziger Jahren begründete Paläoneurologie Tilly Edingers (1897-1967), die familiengeschichtlich, kulturell und wissenschaftlich an Leben und Werk ihres Vater anknüpfte (Kapitel VII). 7.) Dargestellt wurde schließlich die mehrschichtige Bedeutung Johann Wolfgang von Goethes für deutsch-jüdischen Neurowissenschaftler aus Frankfurt am Main, die bis ins US-amerikanische Exil hineinreichte (Kapitel VIII). Über die Erforschung der genannten Problembereiche hinaus versteht sich die skizzierte Zusammenführung von deutsch-jüdischer Akkulturations- und Emigrationsgeschichte mit der Wissenschaftsgeschichte einer medizinisch-naturwissenschaftlichen Disziplin als die eigentliche historiographische Innovation der vorliegenden Dissertation. Die Geschichte des Neurologischen Instituts nach dem Zweiten Weltkrieg wäre Gegenstand einer eigenen Arbeit, die auch zu diskutieren hätte, welche Aspekte an Ludwig Edingers Vermächtnis aktualisiert wurden. Ein erster Überblick hierzu liegt vor.