Einzelne Nervenzellen für unsere Wahrnehmung verantwortlich

23. Jänner 2002, 13:01
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Studie mit Affen: Die Welt wird nach gelernten Kategorien eingeteilt

Tübingen - Wahrnehmen will gelernt sein. Der Mensch erkennt seine Umwelt und macht Erfahrungen. Diese Erfahrungen bestimmen dann die weitere Wahrnehmung. Den entscheidenden Faktor dabei dürfte die "Arbeit" einzelner Nervenzellen im Gehirn, nicht jene von ganzen Gehirnregionen sein. Das haben Tübinger Wissenschafter um Univ.-Prof. Dr. Nikos Logothetis jetzt in der britischen Wissenschaftszeitschrift "Nature" publiziert.

Die Fachleute am Max-Planck-Institut für biologische Kybernetik konnten jetzt erstmals experimentell nachweisen, dass einzelne Nervenzellen im Gehirn für die Steuerung der Wahrnehmung durch Vorwissen verantwortlich sind. Wie der Mensch Objekte wahrnimmt, hängt von den Erfahrungen ab, die bereits gemacht wurden. Was für eine Person nichts anderes als ein "Vogel" ist, ist für den Kenner ganz offensichtlich eine Amsel, eine Drossel, ein Fink oder ein Star. Das Fachwissen schärft die Fähigkeit, auf Details zu achten. Zusätzliches Wissen lässt auch mehr Details erkennen.

Tests mit Rhesusaffen

Die Forscher brachten einigen Rhesusaffen bei, Objekte nach bestimmten Eigenschaften einzelnen Kategorien zuzuordnen. Affen sind Meister bei einer Vielzahl visueller Unterscheidungsaufgaben, ihr Gehirn funktioniert beim Sehen sehr ähnlich wie das des Menschen.

Waren nun die Tübinger Rhesusaffen bei der "Arbeit", beobachteten die Wissenschafter die Aktivität von Neuronen in einem ganz speziellen Gehirnbereich, dem "inferior temporal cortex"(ITC), von dem man heute weiß, dass er für die Objekterkennung zuständig ist. Die Grundfrage der Forscher lautete: Wie wirkt sich nun ein spezielles Trainingsprogramm zur Kategorisierung von Objekten darauf aus, wie diese konkret im Gehirn repräsentiert werden?

Dazu zeigten die Forscher den Affen hintereinander eine Serie von Strichzeichnungen mit Gesichtern (oder anderen Objekten wie Fischen) auf einem Computerbildschirm. Die Gesichter beispielsweise bestanden aus dem Umriss des Kopfes und insgesamt vier variablen Merkmalen: der Höhe der Augen, dem Augenabstand, der Länge der Nase und der Höhe des Mundes. Jedes dieser Merkmale konnte in drei verschiedenen Varianten vorliegen; die Nase konnte also beispielsweise kurz, mittellang oder lang sein.

Training

Die Affen wurden schließlich darauf trainiert, zwei Arten von Gesichtern zu unterscheiden: In der einen Kategorie hatten alle gezeigten Gesichter eine niedrige Augenhöhe und einen großen Augenabstand, in der anderen eine hohe Augenhöhe und einen kleinen Augenabstand. Die beiden Merkmale "Augenabstand" und "Augenhöhe" dienten also der Festlegung der Kategorien. Die anderen beiden Merkmale, also Nasenlänge und Mundhöhe, variierten bei allen Gesichtern nach dem Zufallsprinzip, waren also für die Einteilung in die Kategorien irrelevant.

Bei diesen Tests stellten die Max-Planck-Wissenschafter fest, dass tatsächlich einzelne Neuronen im besagten Hirnbereich auf die beiden Merkmale "Augenhöhe" und "Augenabstand" reagierten. Die Aktivität dieser Neuronen war deutlich stärker, wenn diese beiden "relevanten" Merkmale den zu der Kategorie passenden Wert hatten. Die spezialisierten Neuronen hatten somit "gelernt", die beiden Kategorien zu unterscheiden.

Neuronen tragen detaillierte Informationen

Die beiden anderen Merkmale "Nasenlänge" und "Mundhöhe" ließen diese Neuronen hingegen kalt. Die besagten Neuronen repräsentieren also nicht nur das Vorhandensein eines bestimmten Objekts oder eines bestimmten Merkmals. Sie tragen vielmehr ganz detaillierte Informationen über jene Merkmale, die für die beiden Kategorien entscheidend sind.

Darüber hinaus konnten die Tübinger Wissenschafter - so eine Aussendung des Instituts - zeigen, dass die Affenhirne diese in dem Versuch gelernten Merkmale auch wirklich zur Objekterkennung verwenden. In der Tat waren die Tiere nach dem Training in der Lage, Gesichter mit den gelernten Merkmalen einander zuzuordnen.

Aus ihren Arbeiten folgern die Tübinger Hirnforscher, dass es offensichtlich einzelne Neuronen gibt, welche die Empfindlichkeit der Wahrnehmung schärfen, wenn sie in einem bestimmten Kontext trainiert werden. Dieses erlernte "Schubladendenken", also das Einteilen der Welt nach gelernten Kategorien, ist letztlich dafür verantwortlich, wie Menschen ihre visuell wahrgenommene Umwelt im Gehirn kodieren und diese Wahrnehmung dann interpretieren. (APA)

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