Mit dem Fahrrad oder Auto zur Arbeit? Schoko- oder Erdbeereis? Noch eine Folge der Lieblingsserie vor dem Schlafengehen? Verschiedene Wissenschaftler schätzen, dass Menschen zwischen 122 und 35.000 teilweise bewusste Entscheidungen am Tag treffen. Was dabei genau im Gehirn passiert, wenn eine Entscheidung getroffen wird, hat ein Forschungsprojekt für Mäuse auf einer einmaligen Karte erfasst. Die Ergebnisse könnten auch dabei helfen, Autismus und Schizophrenie bei Menschen besser zu verstehen.

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Neurowissenschaftler aus 22 Laboren arbeiteten für das International Brain Laboratory (IBL) die erste nahezu vollständige Karte von Gehirnaktivitäten eines Säugetiers aus. Ihre Forschungsergebnisse veröffentlichten sie in zwei Studien im Fachjournal „Nature“. Während frühere Studien Gehirnbereiche bei Entscheidungsprozessen nur isoliert voneinander betrachteten, dokumentierten die Autoren bei Experimenten fast jede einzelne Zelle.

Im Gegensatz zur bisherigen Vorstellung, dass Entscheidungsprozesse in klar abgegrenzten Arealen, etwa der Großhirnrinde, ablaufen, zeigt die neue Karte: Entscheidungsbildung ist ein flächendeckender, koordinierter Vorgang über das nahezu gesamte Gehirn. Von den Forschern veröffentliche Videos zeigen den Prozess in bunten Farben.

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Die Forscher zeichneten für ihre Studie bei 139 Mäusen über 620.000 einzelne Neuronen in 279 Gehirnregionen auf. Damit deckten sie nach eigenen Angaben etwa 95 Prozent des gesamten Gehirnvolumens der Mäuse ab. „Die Entscheidungsaktivität und insbesondere Belohnungen ließen das Gehirn wie einen Weihnachtsbaum erleuchten“, erklärte Professor Alexandre Pouget, Mitbegründer von IBL und Gruppenleiter an der Universität Genf, in einer Pressemitteilung.

Die Experimente fanden in zwölf Laboren statt, wo die Forscher hochmoderne Elektroden, sogenannte Neuropixel-Sonden, verwendeten, um fast alle Neuronen des Mäusegehirns gleichzeitig zu erfassen. Im Experiment sitzt eine Maus vor einem Bildschirm, auf dem links oder rechts ein Licht erscheint. Die Maus reagiert darauf, indem sie ein kleines Rad in die entsprechende Richtung des Lichts dreht, um eine Belohnung zu erhalten. In einigen Versuchen ist das Licht jedoch so schwach, dass das Tier raten muss, in welche Richtung es das Rad drehen muss. Dann verlässt sich das Tier darauf, wie häufig das Licht zuvor links oder rechts erschienen ist.

Diese für Mäuse anspruchsvolle Aufgabe ermöglichte es den Forschern, zu untersuchen, wie vorherige Erwartungen Wahrnehmung und Entscheidungsfindung beeinflussen. Dabei beobachteten sie, wie auch andere Gehirnbereiche, die eigentlich sensorische Informationen verarbeiten oder Handlungen steuern, aktiv wurden.

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„Dies unterstützt die Ansicht, dass das Gehirn als Vorhersagemaschine fungiert, wobei jedoch Erwartungen, die in mehreren Gehirnstrukturen kodiert sind, eine zentrale Rolle bei der Steuerung von Verhaltensreaktionen spielen“, heißt es dazu in der Pressemitteilung. So hoffen die Forscher, dass die Ergebnisse auch dabei helfen könnten, Autismus oder Schizophrenie besser zu verstehen. Bei den Entwicklungsstörungen wird vermutet, dass sie auch durch Unterschiede in der Aktualisierung von Erwartungen im Gehirn entstehen.

Ein wesentlicher Faktor für das Gelingen des großen Forschungsprojekts war nach Angaben der Studienautoren das strukturierte, stark standardisierte Vorgehen des IBL, das Experimente, Geräte und Datenanalysen über alle beteiligten Labore einheitlich regelte. Dabei orientierten sich die Forscher an großen kollaborativen Projekten wie dem CERN oder dem Humangenomprojekt.

„Wir hatten gesehen, wie erfolgreich groß angelegte Kooperationen in der Physik bei der Lösung von Fragen waren, die ein einzelnes Labor nicht beantworten konnte, und wir wollten denselben Ansatz in der Neurowissenschaft ausprobieren“, sagte Professor Tom Mrsic-Flogel, eines der Kernmitglieder der IBL. „Das Gehirn ist die komplexeste Struktur, die wir im Universum kennen, und um zu verstehen, wie es Verhalten steuert, ist eine internationale Zusammenarbeit in einem dieser Komplexität entsprechenden Ausmaß erforderlich.“