Bahnung

Als Bahnung wird in der Neurophysiologie das Phänomen bezeichnet, dass sich die Aktivität in einer neuronalen Schaltung verstärkt, wenn sie wiederholt aktiviert wird. Dieser Effekt wird als Bahnung bezeichnet, weil die wiederholte Aktivierung einer bestimmten neuronalen Schaltung dazu führt, dass die Aktivität in dieser Schaltung in Zukunft wahrscheinlicher wird.

Einführung

Der Prozess der Bahnung spielt eine wichtige Rolle bei der neuronalen Plastizität, die die Fähigkeit des Gehirns bezeichnet, sich an neue Erfahrungen anzupassen und aus ihnen zu lernen. Die Bahnung wird oft in Bezug auf die Lern- und Gedächtnisprozesse untersucht und kann durch verschiedene Arten von Reizen ausgelöst werden, wie zum Beispiel durch visuelle, auditive oder taktile Reize. Bahnung ist auch mit der Idee verbunden, dass bestimmte neuronale Schaltkreise oder Muster bei wiederholter Aktivierung stärker werden und damit zu spezifischen Verhaltensweisen beitragen können.

In der Neurophysiologie besteht ein enger Zusammenhang der Bahnung mit den Begriffen der Summation und Langzeitpotenzierung, sowie der Hebbschen Lernregel und dem psychologischen Begriff des Priming.

Die Summation bezieht sich auf den Prozess, bei dem neuronale Signale von verschiedenen Neuronen oder von verschiedenen synaptischen Inputs innerhalb eines einzelnen Neurons integriert werden. Die neuronale Summation kann räumlich (z.B. von verschiedenen Eingängen desselben Neurons) oder zeitlich (z.B. von wiederholten Signalen desselben Eingangs) erfolgen.

Wenn neuronale Schaltungen wiederholt aktiviert werden, kann dies zu einer Verstärkung der synaptischen Übertragung führen, die als Langzeitpotenzierung bezeichnet wird. Dies bedeutet, dass die synaptische Übertragung zwischen bestimmten Neuronen stärker wird, was zu einer erhöhten Aktivität in diesen Schaltungen und zu einer verstärkten Bahnung von Signalen führen kann. Langzeit-Potenzierung ist ein wichtiger Mechanismus für das Lernen und die Gedächtnisbildung im Gehirn.

Die Hebbsche Lernregel beschreibt den Mechanismus, durch den synaptische Verbindungen zwischen Neuronen verstärkt werden, wenn diese Neuronen gleichzeitig aktiviert werden. Sie lautet: "Wenn ein Axon eines Neurons wiederholt zur Erregung eines anderen Neurons beiträgt, oder in Abwesenheit einer anderen Aktivität des erregten Neurons zur Hemmung beiträgt, wird die Verbindungsstärke zwischen beiden Neuronen erhöht". Mit anderen Worten, wenn ein Neuron A ein anderes Neuron B aktiviert und dies wiederholt geschieht, dann wird die synaptische Verbindung zwischen Neuron A und Neuron B verstärkt. Dies ist ein Beispiel für eine Bahnung und Langzeit-Potenzierung, bei der wiederholte Aktivität zu einer verstärkten synaptischen Übertragung führt und damit zu Lern- und Gedächtnisprozessen im Gehirn führt.

Priming kann in verschiedenen Situationen auftreten, wie z.B. wenn Wörter oder Bilder schneller erkannt werden, die schon vorher in einem ähnlichen Kontext präsentiert wurden. Durch den vorangegangenen Reiz werden implizite Gedächtnisinhalte aktiviert und meist unbewusst mit spezifischen Assoziationen verknüpft. Dies kann darauf zurückzuführen sein, dass die vorherigen Reize eine Bahnung in den neuronalen Schaltkreisen hervorrufen und somit die Verarbeitung von nachfolgenden Reizen beeinflussen. Priming bezieht sich dabei mehr auf den psychologischen Effekt und die Bahnung auf dessen neurophysiologische Grundlage.

Räumliche und zeitliche Bahnung

Die Konzepte der räumlichen und zeitlichen Bahnung wurden erstmals von dem deutschen Physiologen Ewald Hering im späten 19. Jahrhundert beschrieben. Er beschrieb, wie neuronale Schaltungen durch wiederholte Aktivierung gestärkt werden können und wie dies zur Entstehung von Gewohnheiten und zur Verbesserung der sensorischen Verarbeitung beiträgt, indem räumliche und zeitliche Muster immer besser wiedererkannt werden. Hering, der als einer der Begründer der modernen Wahrnehmungspsychologie gilt, hat mit seiner Arbeit zu den neuronalen Mechanismen des Sehens und der Bahnung einen wichtigen Beitrag zur Entwicklung der Neurowissenschaften geleistet.

Hering beschrieb die Konzepte der räumlichen und zeitlichen Bahnung in seinem 1868 veröffentlichten Werk Die Lehre vom binokularen Sehen. In diesem Buch beschrieb er die neuronalen Mechanismen, die zur Entstehung des stereoskopischen Sehens beitragen, und betonte die Rolle von Erfahrung und Lernen bei der Verarbeitung von visuellen Informationen.

Der Unterschied zwischen räumlicher und zeitlicher Bahnung liegt in den neuronalen Mustern, die zur Verstärkung der synaptischen Verbindungen führen. Räumliche Bahnung bezieht sich auf ähnliche neuronale Muster, während zeitliche Bahnung sich auf neuronale Muster bezieht, die in einem bestimmten zeitlichen Muster aktiviert werden.

Räumliche Bahnung

Die räumliche Bahnung bezieht sich auf die Verstärkung von synaptischen Verbindungen zwischen verschiedenen Neuronen, die zur Verarbeitung von ähnlichen Arten von sensorischen Informationen beitragen. Zum Beispiel kann die wiederholte Aktivierung von Neuronen, die an der Verarbeitung von visuellen Informationen beteiligt sind, dazu führen, dass synaptische Verbindungen zwischen diesen Neuronen verstärkt werden, um die Verarbeitung von visuellen Informationen zu verbessern.

Zeitliche Bahnung

Die zeitliche Bahnung bezieht sich auf die Verstärkung von synaptischen Verbindungen, die durch wiederholte Aktivierung von Neuronen in einem bestimmten zeitlichen Muster entstehen. Wenn beispielsweise ein Neuron A immer kurz vor einem Neuron B aktiviert wird, kann dies dazu führen, dass die synaptische Verbindung zwischen Neuron A und Neuron B verstärkt wird, um diese gemeinsame Aktivierung zu unterstützen.

Die Zeitdifferenz zwischen den Einzelreizen bei der zeitlichen Bahnung kann je nach Art der synaptischen Verbindung und der beteiligten Neuronen variieren. In der Regel werden bei der zeitlichen Bahnung jedoch Einzelreize mit einer Zeitdifferenz von weniger als 100 Millisekunden präsentiert. Diese kurze Zeitdifferenz ist wichtig, da die synaptische Verbindung zwischen Neuronen nur für kurze Zeit aktiv ist und nur dann verstärkt wird, wenn sie mit einem naheliegenden präsynaptischen Signal zusammenfällt.

Allerdings können auch längere Zeitdifferenzen zur Bahnung führen, insbesondere bei synaptischen Verbindungen mit längerer Verweildauer von Neurotransmittern im synaptischen Spalt. Es ist auch wichtig zu beachten, dass die zeitliche Bahnung von anderen Faktoren wie der Intensität, der Dauer und dem Kontext der Einzelreize beeinflusst werden kann. Die genauen Parameter der zeitlichen Bahnung können daher je nach Experiment und neuronalen Schaltkreisen unterschiedlich sein.

Literatur

• Ewald Hering: Die Lehre vom binocularen Sehen. Verlag von Wilhelm Engelmann, Leipzig 1868 archive.org
• Siegmund Exner: Entwurf zu einer physiologischen Erklärung der psychischen Erscheinungen. Frank Deuticke, Leipzig und Wien 1894 archive.org
• Kurt Koffka: Principles of Gestalt Psychology. Mimesis International 2014, ISBN 978-8857523934; eBook ASIN B00FQDG4AQ (Routledge 2013)