Obwohl ihr Zweck und ihre Funktion noch weitgehend unbekannt sind, glauben einige Neurowissenschaftler, dass Spiegelneuronen im Gehirn für die Beziehung zwischen Menschen von zentraler Bedeutung sind. Mängel in Spiegelneuronen könnten auch bei Autismus und anderen Störungen, die soziale Fähigkeiten beeinträchtigen, eine Rolle spielen.
Wissenschaftler haben bereits gezeigt, dass Spiegelneuronen im Motorkortex des Beobachters zu feuern beginnen, wenn ein Tier einem anderen dabei zusieht, wie er eine motorische Aufgabe ausführt, wie zum Beispiel nach Futter zu greifen.
Neue Untersuchungen von Duke, die am 29. März in der Zeitschrift Scientific Reports erscheinen, deuten darauf hin, dass die Spiegelung bei Affen auch von sozialen Faktoren beeinflusst wird, wie der Nähe zu anderen Tieren, sozialer Hierarchie und Konkurrenz um Nahrung.
Das Duke-Team fand heraus, dass, wenn Affenpaare während einer sozialen Aufgabe interagierten, die Gehirne beider Tiere Episoden hoher Synchronisation zeigten, in denen Pools von Neuronen im motorischen Kortex jedes Tieres dazu neigten, gleichzeitig zu feuern. Dieses Phänomen ist als kortikale Synchronisation zwischen den Gehirnen bekannt.
"Wir glauben, dass unsere Studie das Potenzial hat, ein völlig neues Untersuchungsfeld in der modernen Neurowissenschaft zu eröffnen, indem sie zeigt, dass selbst die einfachsten Funktionen des motorischen Kortex, wie z. B. die Erzeugung von Körperbewegungen, stark von der Art der sozialen Interaktion beeinflusst werden Beziehungen zwischen den teilnehmenden Tieren", sagte Seniorautor Miguel Nicolelis, M. D., Ph. D.
Früher hatten Neurowissenschaftler ihre Studien darauf beschränkt, die Gehirnaktivität jeweils bei einem Tier aufzuzeichnen. Was diese Forschung einzigartig macht, sagte Nicolelis, ist, dass das Duke-Team ein drahtloses Mehrkanalsystem entwickelt hat, um die elektrische Aktivität von Hunderten von Neuronen in den Motorkortexen von zwei Affen gleichzeitig aufzuzeichnen, wenn sie im selben Raum interagieren.
Während einer Aufgabe saß ein Affe, Passagier genannt, in einem elektronischen Rollstuhl, der darauf programmiert war, eine Belohnung durch den Raum zu erreichen, eine frische Traube. Ein zweiter Affe, der Beobachter, war ebenfalls im Raum und beobachtete die Flugbahn des ersten Affen zur Belohnung. Die elektrische Aktivität im motorischen Cortex des Gehirns jedes Affen wurde gleichzeitig aufgezeichnet. Eine Analyse zeigte, dass, wenn der Passagier unter dem aufmerksamen Blick des Beobachters durch den Raum reiste, Pools von Neuronen in ihren motorischen Cortices Episoden der Synchronisation zeigten.
Die Forscher fanden heraus, dass diese Episoden der kortikalen Synchronisation zwischen den Gehirnen (ICS) die Position des Rollstuhls des Passagiers im Raum sowie seine Geschwindigkeit vorhersagen konnten. Die Gehirnaktivität könnte auch vorhersagen, wie nahe die Tiere beieinander waren, sowie die Nähe des Passagiers zur Belohnung.
Das überzeugendste Ergebnis, sagten sie, war, dass ICS einen weiteren wichtigen sozialen Parameter vorhersagen konnte - den Rang der Affen in der Kolonie.
Bei Aufgaben, bei denen der dominanteste Affe der Kolonie unter Beobachtung eines rangniedrigeren Tieres auf die Belohnung zusteuerte, nahm die Stärke von ICS stetig zu, je näher der Passagier sich dem Beobachter näherte. Die Synchronisation erreichte ihren Höhepunkt, als die Tiere etwa einen Meter voneinander entfernt waren – nah genug, dass einer möglicherweise einen Arm ausstrecken konnte, um den anderen zu pflegen oder anzugreifen.
Aber wenn ein Affe mit niedrigerem Rang der Passagier war und der dominante Affe beobachtete, stieg ICS nicht an, als die Affen näher kamen, was darauf hindeutet, dass der soziale Rang eine Rolle bei der Gehirnsynchronisation spielt.
Die Forscher glauben, dass ICS-Episoden durch die gleichzeitige Aktivierung von Spiegelneuronen im Gehirn des Passagiers und des Beobachters erzeugt wurden. Sie schlagen vor, dass ähnliche Korrelationen zwischen Gehirnsynchronität und sozialer Interaktion auch während menschlicher sozialer Interaktionen stattfinden könnten.
Die Ergebnisse könnten zu neuen Diagnosen oder Behandlungen für Erkrankungen führen, bei denen die neuronale Spiegelung möglicherweise nicht den typischen Mustern folgt, wie es bei Autismus vorgeschlagen wurde, sagten sie. Die Messung von ICS beim Menschen könnte auch zeigen, wie gut Gruppen zusammenarbeiten und sogar welche Arten von Training ihre Gehirnsynchronität und Teamarbeit verbessern.
"Mit einer nicht-invasiven Version dieses Ansatzes können wir möglicherweise quantifizieren, wie gut professionelle Sportler, Musiker oder Tänzer zusammenarbeiten oder ob ein Publikum mit dem beschäftigt ist, was es sieht, hört oder sich vorstellt “, sagte Nicolelis. "Dies könnte für jede soziale Aufgabe wertvoll sein, die die Synchronisation vieler Individuen erfordert, um den sozialen Zusammenh alt zu verbessern."
Nicolelis plant, die Gehirnsynchronität bei Menschen durch zukünftige Studien bei Duke mit funktionellem MRT und Elektrodenkappen zu untersuchen.
Zu den Studienautoren gehörten neben Nicolelis auch Po-He Tseng, Sankaranarayani Rajangam, Gary Lehew und Mikhail A. Lebedev.
Die Forschung wurde von der Hartwell Foundation und dem National Institute of Neurological Disorders and Stroke (R01NS073952) und dem National Institute of Mental He alth (DP1MH099903) unterstützt, die beide Teil der National Institutes of He alth sind.
