Das Erlernen neuer Fähigkeiten erfordert oft Stunden intensiven Trainings. Forscher am Cold Spring Harbor Laboratory in New York haben nun mit Mäusen genau untersucht, was im Gehirn dabei passiert. Sie kartierten präzise die Veränderungen in der neuronalen Schaltung und der Leistung einzelner Neuronen.
Diese Erkenntnisse könnten unser Verständnis vertiefen, wie Lernen verschiedene Hirnregionen umstrukturiert – und vielleicht zu innovativen Lernmethoden beitragen, erklären die Wissenschaftler.
Das Team trainierte Mäuse, auf Blitze und Klicks zu reagieren, indem sie an einer von drei Wasserhähnen leckten: Die mittlere Hähne startete den Test, die linke signalisierte eine hohe Frequenz von Signalen, die rechte eine niedrige. Korrekte Entscheidungen wurden mit Wasser belohnt.
Mithilfe hochmoderner Bildgebungsverfahren überwachten die Experten über Wochen die Gehirnaktivität und dokumentierten, wie die Mäuse in der Aufgabe perfekter wurden.
Mit zunehmender Übung stimmten sich die Neuronen feiner ab: Sie feuerten nur noch bei richtigen Entscheidungen und reagierten zudem schneller.
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Zu Beginn reagierten die Neuronen erst nach der Entscheidung. Mit wachsender Expertise feuerten sie jedoch deutlich früher – ein klares Zeichen für gesteigerte Effizienz.
"Wir haben die Aktivität von Hunderten Neuronen gleichzeitig aufgezeichnet und analysiert, was sie beim Lernen leisten", erläutert Dr. Anne Churchland, leitende Forscherin am CSHL.
"Bisher war unklar, wie Tiere oder Menschen Aufgabenstrukturen lernen und neuronale Prozesse das unterstützen. Viele Studien fokussierten fertige Experten – wir haben den gesamten Lernprozess beleuchtet", betont Churchland.
"Das Lernen vollzog sich bei allen Tieren schrittweise über etwa vier Wochen. Aktivitätsveränderungen in vielen Neuronen trieben diesen Fortschritt voran."