Hirnaktivität: Wie Sinneseindrücke verarbeitet werden

19. Juni 2017, 15:55
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Das Gehirn verbindet visuelle, auditive und sensorische Reize – ein neues bildgebendes Verfahren, die funktionellen Nahinfrarotspektroskopie, gibt Einblick

Neuste Studien haben gezeigt, dass das Gehirn Entscheidungen über visuelle und auditive Reize trifft, indem es auf bereits abgespeicherte sensorische Befunde zurückgreift. Dieser Prozess wird von einem neuronalen Netz im vorderen Stirnlappenbereich und im hinteren Parietalbereich des Gehirns gesteuert.

Ksander de Winkel und seine KollegInnen am Max-Planck-Institut für biologische Kybernetik haben untersucht, ob diese Erkenntnisse auch für Entscheidungen in Bezug auf Eigenbewegungsreize, also die passive Bewegung des eigenen Körpers, gelten. Aus den Ergebnissen ging hervor, dass die WissenschaftlerInnen vorhersagen konnten, wie gut eine Versuchsperson in der Lage war, die Intensität der unterschiedlichen Bewegungen auseinanderzuhalten.

Spitzenmäßig vernetzt

Dies ist ein Hinweis darauf, dass eine Anhäufung von sensorischen Befunden der Eigenbewegung im Gehirn ausgewertet wird. Die Neuronen in diesem Netzwerk verwenden unterschiedliche sensorische Informationsquellen, um Entscheidungen zu treffen und sind nicht auf visuelle und den Gleichgewichtssinn betreffende Modalitäten angewiesen. Daher sprechen diese Erkenntnisse für die Annahme, dass das Netzwerk von präfrontalen und parietalen Neuronen ‚modalitätsunabhängig‘ ist.

Die ForscherInnen ließen die Versuchspersonen in einem Bewegungssimulator Platz nehmen und rotierten sie so, dass ihre Wirbelsäulen dabei vertikal zur Erdachse ausgerichtet waren. Während die TeilnehmerInnen die Aufgabe durchführten, wurde der Blutfluss in den präfrontalen und parietalen Bereichen mit einer neuartigen Technik, der funktionellen Nahinfrarotspektroskopie (fNIRS), gemessen.

Bisher gibt es nur wenige Untersuchungen über Hirnaktivitäten von ProbandInnen oder PatientInnen in Bewegung, da Messungen mit geläufigen neuronalen Bildgebungsverfahren, wie der Elektroenzephalographie (EEG) oder der funktionellen Magnetresonanztomographie (fMRI), durch Bewegungen des Körpers und elektromagnetische Inferenzen verzerrt werden.

Neue Bildgebung

Dies ist bei fNIRS jedoch nicht der Fall. Infrarotlicht wird durch die Kopfhaut in das Hirngewebe gestrahlt, wodurch die Reflektion gemessen werden kann. Da die Lichtintensität des Infrarotlichts sehr gering ist, ist diese Methode nicht invasiv und daher harmlos. In den aktiven Hirnregionen steigen der Blutfluss und der Sauerstoffgehalt an. Dadurch können Schlussfolgerungen über Aktivitäten in den betroffenen Hirnregionen gezogen werden.

"Diese Methode ist sehr vielversprechend", freut sich de Winkel. "Bisher mussten wir uns auf das verlassen, was die Versuchsteilnehmerinnen uns über ihre Wahrnehmung berichten konnten. Nun erhalten wir einen direkten Einblick in das Gehirn." Aus den Ergebnissen ging hervor, dass die WissenschaftlerInnen vorhersagen konnten, wie gut eine Versuchsperson die jeweiligen Rotationen voneinander unterscheiden konnte.

Dies zeigt wiederum, dass die untersuchten Hirnregionen tatsächlich eine Rolle bei der Entscheidungsfindung in Bezug auf Eigenbewegung spielen. Je mehr sensorische Befunde die ProbandInnen sammeln, desto besser können sie die beiden Rotationen voneinander unterscheiden. "Wenn wir wissen, wie das Gehirn Entscheidungen trifft und welche Bereiche daran beteiligt sind, dann können wir diesen Gehirnarealen spezifische Verhaltensprobleme und physische Traumata zuordnen", erklärt de Winkel. (red/idw 19.6.2017)

Originalpublikation:

Neural correlates of decision making on whole body yaw rotation: an fNIRS study

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