Projektleiterin: PD Dr. Natalia Zaretskaya
Finanzierung: FWF (Fonds zur Förderung der wissenschaftlichen Forschung)
Laufzeit: 2025 - 2028
Zusammenfassung:
Das menschliche Gehirn enthält zig Milliarden Neuronen, aber werden sie wirklich alle für unser tägliches Leben benötigt? Der Begriff "Eloquenz", der in der Neurochirurgie verwendet wird, um zwischen wichtigem Hirngewebe und Hirngewebe, das entfernt werden kann, zu unterscheiden, legt eine negative Antwort nahe. Es gibt jedoch keinen Beweis dafür, dass solche "ungenutzten" Gehirnareale ohne jede Funktion wirklich existieren.
Um das menschliche Gehirn zu verstehen, verfolgen WissenschaftlerInnen in der Regel folgende Strategie. Sie konzentrieren sich auf eine Funktion, die mit Wahrnehmung, Bewegung oder Kognition zusammenhängt, und suchen nach Gehirnarealen, die mit dieser Funktion in Verbindung stehen. So könnte die Sehfunktion mit Regionen des Okzipitallappens des Gehirns in Verbindung gebracht werden, das Langzeitgedächtnis mit dem Hippocampus, Emotionen mit der Amygdala usw. Das wichtigste Ergebnis eines solchen Ansatzes ist eine funktionelle Karte des Gehirns, in der bestimmte Gehirnregionen mit bestimmten Funktionen in Verbindung stehen. Obwohl dieser Ansatz sinnvoll ist, bleibt er einseitig, da er sich auf Funktionen und nicht auf Gehirnregionen konzentriert. Infolgedessen werden Erkenntnisse nur über die Gehirnregionen gewonnen, die mit bestimmten Funktionen in Verbindung gebracht werden können.
In diesem Projekt werden wir die Regionen der grauen Substanz identifizieren, deren Beitrag zu Wahrnehmung, Kognition und Verhalten noch unbekannt ist. Dazu werden wir die große Menge an Daten nutzen, die durch die jahrzehntelange Gehirnforschung zur Verfügung stehen. Wir werden den konventionellen Ansatz der Zuordnung von Funktionen zu Gehirnregionen umdrehen und uns stattdessen auf die Gehirnregionen selbst konzentrieren. Wir werden eine Karte der grauen Substanz des menschlichen Gehirns erstellen. Für jede Stelle auf der Karte werden wir nach Funktionen suchen, die mit ihr in Verbindung gebracht wurden. Das Ergebnis des Projekts wird eine Wissenskarte des menschlichen Gehirns sein, in der die "dunklen Flecken", d. h. die Orte der grauen Substanz, die mit keiner Funktion in Verbindung gebracht wurden, hervorgehoben werden. Die Identifizierung dieser dunklen Flecken ist der erste Schritt zu ihrer weiteren genaueren Untersuchung. Eine detaillierte Karte solcher funktionslosen Gehirnareale wird auch in der neurochirurgischen Praxis von Nutzen sein.
Das vorliegende Projekt verfolgt einen grundlegend anderen Ansatz zum Verständnis des Gehirns und seiner Beziehung zu Geist und Verhalten. Es mach das Gehirn und nicht die geistigen Prozesse zum Ausgangspunkt und Bezugsrahmen der Untersuchung. Das Projekt wird eine Wissenskarte des menschlichen Gehirns liefern, die für die künftige Forschung von Nutzen sein wird. Darüber hinaus wird die Bestätigung der Existenz ungenutzter grauer Substanz (d. h. von Bereichen ohne Funktion) neue Fragen zu deren weiterem evolutionären Zweck aufwerfen.
Abstract:
The human brain contains tens of billions of neurons, but are they all really needed in our everyday life? The notion of “eloquence”, used in neurosurgery to distinguish between important brain tissue and brain tissue that can be removed, suggests a negative answer. However, there is no proof that such ‘idle’ brain areas without any role really exist.
To understanding the human brain scientists typically follow one main strategy. They focus on one function related to perception, movement or cognition and searches for brain areas associated with it. Following this strategy, visual function could be associated with regions of the occipital lobe of the brain, long-term memory with the hippocampus, emotion with the amygdala, etc. The main outcome of such approach is a functional map of the brain, in which specific brain regions are associated with specific functions. Although sensible, this approach remains one-sided because of its primary focus is on functions rather than areas. As a consequence, knowledge is gained only about those brain regions which can be associated with specific functions, leaving the remaining gray matter out of the picture.
In this project we will identifying gray matter regions whose contribution to perception, cognition, and behavior remains unknown. To achieve this, we will use the large amount of data available through decades of research on the human brain. We will flip the conventional approach of mapping functions to brain areas and instead focus on the brain areas themselves. We will create a complete map of the gray matter of the human brain and divide it into a fine grid of individual locations. For every location, we will search for functions that have been associated with it. As a result, the project will yield a knowledge map of the human brain, highlighting the “dark spots,” i.e., those gray matter locations that have not been associated with any function. Identifying these dark spots is the first step in their further investigation. This investigation should focus on tackling their functional role or confirming the absence thereof. A detailed map of such functionless brain areas will also be useful in neurosurgery practice.
The current project takes a cardinally different approach to understanding the brain and its relationship with mind and behavior, making the brain, rather than the mental processes, the starting point and the reference frame of the investigation. The project will yield a knowledge map of the human brain that will guide future research. Furthermore, confirming the existence of idle gray matter (i.e., areas without a function) will give rise to new questions about their broader evolutionary purpose.