Warum einige Gehirne schneller umschalten als andere

Eine neue Studie des Rutgers Health, die in Nature Communications veröffentlicht wurde, untersucht, wie das Gehirn diese schnellen und langsamen Verarbeitungsformen durch sein Netzwerk aus weißen Materie-Verbindungen kombiniert. Die Forscher betonen, dass diese Koordination für Kognition, Verhalten und die Fähigkeit, angemessen auf die uns umgebende Welt zu reagieren, essenziell ist.

Verschiedene Bereiche des Gehirns sind darauf abgestimmt, Informationen innerhalb spezifischer Zeitfenster zu verarbeiten.

Wissenschaftler bezeichnen diese Muster als intrinsische neuronale Zeitskalen (INTs). „Um unsere Umwelt durch Handeln zu beeinflussen, müssen unsere Gehirne Informationen kombinieren, die über unterschiedliche Zeitskalen verarbeitet wurden", sagte Linden Parkes, Assistenzprofessor für Psychiatrie an der Rutgers Health und leitender Autor der Studie. „Das Gehirn erreicht dies, indem es seine weiße Substanz-Verbindungen nutzt, um Informationen zwischen verschiedenen Regionen auszutauschen; diese Integration ist für das menschliche Verhalten." Kartierung der Kommunikationsnetzwerke des Gehirns Um zu untersuchen, wie dieses System funktioniert, analysierten Parkes und seine Kollegen multimodale Bilddaten des Gehirns von 960 Personen.

Das Team erstellte detaillierte Karten der

Das Team erstellte detaillierte Karten der Verbindungen in jedem Gehirn der Teilnehmer, sogenannter Connectome, und verwendete mathematische Modelle, die entwickelt wurden, um zu verfolgen, wie komplexe Systeme sich über die Zeit entwickeln.

Dies ermöglichte den Forschern zu untersuchen, wie Informationen durch die Kommunikationswege des Gehirns fließen. „Unsere Arbeit untersucht die Mechanismen, die diesem Prozess beim Menschen zugrunde liegen, indem wir die Informationsflussraten (INTs) Konnektivität modellieren", sagte Parkes, ein Kernmitglied des Rutgers Brain Health Institute und des Zentrums für fortgeschrittene Forschung zur menschlichen Hirnbildgebung. „Damit wird ein direkter Zusammenhang zwischen der lokalen Informationsverarbeitung in Hirnregionen und der Art und Weise hergestellt, wie diese Verarbeitung im gesamten Gehirn geteilt wird, um Verhalten zu erzeugen." Gehirngeschwindigkeit und kognitive Leistungsfähigkeit Die Studie ergab, dass die Anordnung der neuronalen Zeitskalen über die Großhirnrinde hinweg einen starken Einfluss darauf hat, wie effizient das Gehirn zwischen großräumigen Aktivitätsmustern wechselt, die mit Verhalten verknüpft sind.

Die Forscher stellten zudem fest, dass diese Organisation. „Wir haben festgestellt, dass Unterschiede in der Geschwindigkeit, mit der das Gehirn Informationen verarbeitet, dazu beitragen zu erklären, warum Menschen in ihrer kognitiven Leistungsfähigkeit variieren", sagte Parkes.

Leistung und Energieausbeute

Das Team entdeckte zudem Zusammenhnge zwischen diesen zeitlichen Mustern und den genetischen, molekularen sowie zellulren Eigenschaften auch bei Musen identifiziert, was darauf hindeutet, dass diese Mechanismen ber Spezies hinweg geteilt werden knnten. Unsere Arbeit unterstreicht eine grundlegende Verbindung zwischen der weien Substanz-Konnektivitt des Gehirns und seinen lokalen rechnerischen Eigenschaften", sagte Parkes. Menschen, deren Gehirnverdrahtung besser an die Art angepasst ist, wie verschiedene Regionen schnelle und langsame Informationen verarbeiten, zeigen tendenziell eine hhere kognitive Leistungsfhigkeit." Implikationen fr psychische Erkrankungen Die Forscher erweitern nun diese Arbeit, um neuropsychiatrische Strungen wie Schizophrenie, bipolare Strung und Depression zu untersuchen.

Ihr Ziel ist es, besser zu verstehen, wie Vernderungen der Gehirnvernetzung die Informationsverarbeitung ber die Zeit hinweg stren knnen. Quelle: Inferring intrinsic neural timescales using optimal control theory", Richard F. Betzel, Ahmad Beyh, Amber Howell, Amy Kuceyeski, Bart Larsen, Caio Seguin, Xi-Han Zhang, Avram Holmes und Linden Parkes, 26. November 2025, Nature Communications.

DOI: 10.1038/s41467-025-66542-w Die Studie wurde in Zusammenarbeit mit Avram Holmes, einem Assistenzprofessor für Psychiatrie und einem Kernmitglied des Rutgers Brain Health Institute sowie des Center for Advanced Human Brain Imaging Research, durchgeführt, zusammen mit den Postdoktoranden Ahmad Beyh und Amber Howell sowie Jason Z. Kim.