Ein kleines Chaos mit deinem Kaffee?

Koffein produziert eine positive Störung im menschlichen Gehirn.

Quelle: Pixabay / CC0 Public Domain

Jeder ernsthafte Kaffeetrinker kann reichlich anekdotische Beweise für die Kraft von Koffein liefern, um unsere Informationsverarbeitungsfähigkeiten zu steigern. Wer war nicht irgendwann in einem wichtigen Projekt hoffnungslos ins Stocken geraten, nur um nach der nächsten Tasse Kaffee (oder Tee oder koffeinhaltigem Soda) zu greifen und die Koffeinwelle bis zum Erfolg des Projekts zu reiten Fertigstellung? Und der Beweis für diesen Gehirn-steigernden Nutzen von Koffein ist nicht nur anekdotisch. Zahlreiche wissenschaftliche Studien haben die Kraft von Koffein gezeigt, um unseren mentalen Fokus zu schärfen. Eine neuere Studie in China bietet einen interessanten Einblick in die neurale Mechanik hinter diesem Nutzen, indem sie einen Zusammenhang zwischen Koffeinkonsum und der Menge an Entropie oder Unordnung im Gehirn findet, und die Verbindung zeigt nicht in die Richtung, in die man denkt.

Wenn wir die kognitive Funktion unseres Gehirns betrachten, denken wir typischerweise an Ordnung als eine Tugend und Unordnung als Laster. “Ein geordneter Geist ist ein gesunder Geist”, könnten wir sagen. In der Welt der Physik (der zweite Hauptsatz der Thermodynamik, um genau zu sein) ist die Entropie ein Maß für die Unordnung jedes geschlossenen Systems – je höher die Entropie, desto größer die Unordnung. Um ein bekanntes Beispiel zu nehmen: Ein unzusammenhängendes Kartenspiel, das direkt aus der Schachtel kommt, ist ein sehr ordentliches System, bei dem alle Farben zusammen gruppiert sind und alle Zahlen der Reihe nach nacheinander aufsteigen. Wenn Sie das Kartenstapel auf die drei Herzen teilen, wissen Sie, bevor Sie schauen, dass die nächste Karte im Kartenstapel eine Herz-Vier ist. Mische das Deck jedoch und die gleichen drei Herzen können von jeder anderen Karte im Deck verfolgt werden. Die Wahrscheinlichkeit, dort vier Herzen zu sehen, ist genau das Gleiche, als wenn man die Vier von Keulen oder den König der Diamanten oder das Pik-As sieht. Das Mischen des Decks hat Unordnung oder Entropie in das System eingeführt.

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In unseren Gehirnen ist die Entropie ein Maß für die Anzahl und Vielfalt möglicher neuronaler Konfigurationen, die durch die funktionelle Konnektivität oder “Signalkorrelation” zwischen verschiedenen Gehirnregionen bestimmt werden. Je größer diese Signalkorrelation ist, desto vorhersagbarer sind die Verbindungsmuster zwischen verschiedenen Gehirnregionen. Je vorhersehbarer die Konnektivitätsmuster sind, desto niedriger ist die Gesamtentropie des Gehirns. Ein Gehirn mit niedriger Entropie ist ein ordentliches Gehirn. Eine Verringerung der Signalkorrelation verringert jedoch die Vorhersagbarkeit von Konnektivitätsmustern und erhöht, ähnlich wie das Mischen eines Kartenstapels, das Entropieniveau im Gehirn.

Chang et al. untersuchten die Korrelation der Koffeinaufnahme mit dem Gesamthirnentropiespiegel, indem sie fMRI-Scans von sechzig Probanden vor und nach der Einnahme einer 200 mg Koffeinpille durchführten und dann die Veränderungen der funktionellen Konnektivität zwischen den beiden Scans vermaßen. Angesichts der demonstrierten Kraft von Koffein, die uns hilft, unsere Aufmerksamkeit zu fokussieren, erscheint es nur logisch, dass die Scans im zweiten Scan eine allgemeine Abnahme der Entropie des Gehirns – eine Zunahme ihrer Ordnungsmäßigkeit – registrieren würden, aber tatsächlich war das Gegenteil der Fall. Die koffeinhaltigen Gehirne wiesen eine höhere Entropie auf, insbesondere im präfrontalen Kortex, im lateralen Striatum, im visuellen Kortex und in den motorischen Bereichen – Bereiche des Gehirns, die am stärksten in “Aufmerksamkeit, Wachsamkeit und Aktion / motorische Funktion” involviert waren.

Der Befund, dass Koffein die Entropie in den für Aufmerksamkeit und Wachsamkeit verantwortlichen Bereichen unseres Gehirns erhöht, scheint unserer subjektiven Wahrnehmung zu widersprechen – unterstützt durch solide Forschung -, dass Koffein unsere Konzentrationsfähigkeit erhöht, wenn wir jedoch die Arten von kognitiven Aufgaben betrachten, die regelmäßig gefordert werden unser Gehirn ist das Ergebnis überhaupt nicht überraschend. Die Welt, in der wir uns tagtäglich bewegen, ähnelt eher einem gemischten Kartenspiel als einem völlig unkonventionellen Deck voller unvorhersehbarer Wendungen, die unsere Gehirne dazu zwingen, mehrere alternative Kurse zu durchforsten des Handelns gleichzeitig, bevor man sich auf dasjenige einlässt, das die höchste Wahrscheinlichkeit bietet, unser gewünschtes Ergebnis zu erreichen. Eine niedrige Gehirnentropie mit einer besser vorhersagbaren Bandbreite an Konnektivitätsmustern ist weniger für die komplexen, oft unwahrscheinlichen Informationsverarbeitungsanforderungen geeignet, mit denen uns unsere Welt routinemäßig konfrontiert, als ein Gehirn, das durch vielfältigere und weniger vorhersehbare Konnektivitätsmuster gekennzeichnet ist. Höhere Entropie-Niveaus entsprechen einer höheren Komplexität, und obwohl es stimmt, dass zu viel Entropie problematisch sein kann (zum Beispiel mit Schizophrenie assoziiert), macht es die Komplexität eines höheren Entropie-Gehirns bis zu einem gewissen Punkt möglich, mit ihm zu interagieren Die komplexe Welt, in der wir leben, ist ein geordneteres Gehirn mit niedrigerer Entropie. Mehrere neuere Studien haben tatsächlich eine positive Korrelation zwischen der Gehirnentropie und der menschlichen Intelligenz im Allgemeinen gefunden, so dass ein besonders begeisterter Kaffeetrinker fast behaupten könnte, dass Koffein Sie schlauer macht.

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Es ist zwar richtig, dass eine solche extreme Behauptung an dieser Stelle vielleicht nicht berechtigt ist, doch die Forschung hat gezeigt, dass die Gehirnentropie mit der Art der kognitiven Komplexität assoziiert ist, die die menschliche Intelligenz typischerweise charakterisiert, und diese jüngste Studie legt nahe, dass Koffein ein Mittel ist, diese zu erhöhen Komplexität. All diese Forschungsarbeiten, die zusammen betrachtet werden, sollten uns wenigstens einen Vertrauensschub geben, wenn wir nach einer Tasse Kaffee suchen, um uns bei diesem nächsten großen Projekt zu helfen.

Verweise

Carhart-Harris, R., et al. “The Entropic Brain: Eine Theorie der bewussten Zustände, die durch die Neuroimaging-Forschung mit psychedelischen Drogen vermittelt wird.” Frontiers in Human Neuroscience (Februar 2014).

Chang, Da, Songhi Lied, Jian Zhang, Yuanqi Shang, Qui Ge, und Ze Wang. “Koffein verursacht eine weit verbreitete Zunahme der Ruhe-Gehirn-Entropie.” Wissenschaftliche Berichte 8 (Februar 2018).

Pasman, W. et al. “Einfluss von Koffein auf Aufmerksamkeit und Wachheit gemessen in einer häuslichen Umgebung unter Verwendung von webbasierten Kognitionstests.” JMIR Research Protocols (September 2017).