Das Auge schaut voraus, das Gehirn denkt nach

Das Hirn hat das Nachsehen: Schnelle Augenbewegungen erfolgen rascher als die Änderungen der Hirnaktivität, durch die sie repräsentiert werden. Mit diesem überraschenden Befund erklären Neurowissenschaftler aus Marburg, Bochum und Newark in den USA bestimmte Wahrnehmungsfehler. Dem Team ist es erstmals gelungen, den Zeitverlauf von Nervensignalen zu messen, die dem Gehirn die Eigenbewegung der Augen rückmelden. Die Forscher um Professor Dr. Frank Bremmer von der Philipps-Universität veröffentlichen ihre Ergebnisse in der aktuellen Ausgabe der Fachzeitschrift „Current Biology“ vom 7. Februar 2012.

Wenn die Augen sich bewegen – zum Beispiel nach innen oder oben –, empfängt das Gehirn Blickrichtungssignale. (Abbildung: Wikimedia Commons/Patrick J. Lynch)

Beim Lesen der vorliegenden Nachricht bewegen sich die Augen ruckartig von einem Punkt zum anderen; „Sakkaden“ heißen diese Augenbewegungen im Jargon der Fachwissenschaftler. Das Bild des ruhenden Textes jagt hierbei mit hoher Geschwindigkeit – fast 1.000° pro Sekunde – über die Netzhaut. Trotzdem nehmen wir unsere Umwelt als stabil und ruhend war – fast immer und fast vollständig. Unter bestimmten Bedingungen kommt es jedoch zu so genannten  Wahrnehmungsfehlern: unmittelbar um den Zeitraum einer Sakkade herum werden Reize, die kurzzeitig präsentiert werden, an einem falschen Raumpunkt wahrgenommen. Die Raumkodierung im Gehirn ist also kurzzeitig gestört.

„Obwohl es sich hierbei nur um einen kurzen Augenblick handelt, benutzen Neurowissenschaftler dieses schmale Zeitfenster, um einen Einblick in die Verarbeitung von Rauminformation im Gehirn zu erhalten“, sagt der Marburger Neurophysiker Frank Bremmer, der die aktuelle Studie zusammen mit Professor Dr. Klaus-Peter Hoffmann und Dr. Michael Kubischik von der Ruhr-Universität Bochum sowie Dr. Adam Morris und Professor Dr. Bart Krekelberg von der Rutgers-Universität in den USA veröffentlichte. Die Untersuchung gibt Hinweise darauf, wie das Gehirn Ortsinformationen über schnelle Blickbewegungen hinweg kodiert.

„Visuelle Information wird von der Netzhaut aufgenommen, die sich mit jeder Sakkade bewegt“, führt Bremmer aus. „Man geht davon aus, dass die Netzhautsignale mit der Information kombiniert werden, in welche Richtung das Auge blickt, um die Position von Objekten im Raum zu kodieren.“ Bislang war bereits bekannt, dass es solche Blickrichtungssignale gibt. In ihrer Studie haben die Wissenschaftler nun erstmals den Zeitverlauf des Signals messen können.

Mittels neurophysiologischer Experimente am Tiermodell konnten sie nachweisen, dass sich die Nervenzellaktivität in bestimmten Regionen des Gehirns und somit auch die Kodierung der Blickrichtung systematisch ändert, und zwar bereits bevor die Augenbewegung beginnt. Überraschend war, dass die Modulation der neuronalen Aktivität langsamer vonstatten geht als die Bewegung der Augen. Eine Modellrechnung zeigte, dass dies zu räumlichen Wahrnehmungsfehlern führt. „Die gefundene Modulation entspricht zeitlich genau derjenigen, die zuvor in psychophysischen Experimenten am Menschen beschrieben worden war“, erklärt Bremmer. Die Wissenschaftler konnten somit erstmals das neuronale Korrelat der zuvor erhobenen Verhaltensdaten nachweisen.

Originalveröffentlichung: Adam P. Morris & al.: Dynamics of Eye-Position Signals in the Dorsal Visual System. Current Biology 22 (7. Februar 2012), pp 1–7, doi:10.1016/j.cub.2011.12.032

Weitere Informationen:

Professor Dr. Frank Bremmer,
Arbeitsgruppe Neurophysik
Tel.: 06421 28-24162
E-Mail: frank.bremmer@physik.uni-marburg.de
Internet: www.uni-marburg.de/fb13/forschung/neurophysik/gruppe-bremmer