Unser Gehirn behält das Unerwartete im Blick

Neues aus der Forschung

Meldung vom 17.08.2018

Immer gut für Überraschungen: Eine plötzliche Bewegungsänderung in der Umgebung fällt uns auf, auch wenn wir gerade andere Dinge im Blick haben – die Wahrnehmung erfolgt quasi nebenbei, wie eine Arbeitsgruppe aus der Marburger Physik jetzt experimentell nachgewiesen hat. Der Bericht des Teams erscheint in der aktuellen Ausgabe des Wissenschaftsmagazins „Scientific Reports“. Die Resultate geben Aufschluss darüber, wie sich unser Verhalten an ständig wandelnde Umweltbedingungen anpasst, aber zugleich stabil gegenüber kurzzeitigen, zufälligen Änderungen bleibt.


180819-2301_medium.jpg
 
Ablenkung erwünscht: Probanden mit EEG-Kappe helfen der Neurophysik, Hirnaktivitäten zu studieren.
Constanze Schmitt, Steffen Klingenhöfer & Frank Bremmer
Preattentive and Predictive Processing of Visual Motion
Scientific Reports 2018
DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-018-30832-9


Was immer wir tun oder lassen – unsere Sinnesorgane empfangen andauernd Eindrücke aus der Umwelt: Farben, Geräusche, Bewegungen und so weiter; das gilt auch für das visuelle System, das Sehsinnesreize aufnimmt und verarbeitet. So zeigt sich etwa beim Fangen eines Balles, dass unser visuelles System – der Gesichtssinn – nicht nur Bewegungen wahrheitsgetreu abbildet, sondern diese sogar vorwegnimmt. „Aus theoretischer Sicht würde es naheliegen, dass wichtige, unvorhergesehene Informationen auch dann wahrgenommen werden, wenn unsere Aufmerksamkeit anderweitig beansprucht wird“, erklärt der Marburger Physiker Professor Dr. Frank Bremmer, Seniorautor der Studie.

Das Forschungsteam nutzte die Messung von Hirnströmen mittels Elektroenzephalographie (EEG), um eine Verarbeitung von Sinnesreizen nachzuweisen, die nicht das Ziel der Aufmerksamkeit bilden. Wenn wir unvorhergesehenen Reizen ausgesetzt sind, die eine Abfolge von Standardreizen unterbrechen, weist das EEG ein charakteristisches Muster auf, nämlich einen verstärkten Ausschlag – Neurowissenschaftler sprechen von „Mismatch-Negativität“ (MMN). „Worin die neuronale Basis der MMN besteht, ist nach wie vor umstritten“, erläutert Erstautorin Constanze Schmitt, die ihre Doktorarbeit in Bremmers Arbeitsgruppe anfertigt.

In ihrer Forschungsarbeit ging es nun darum, wie sich eine vorhersagbare Bewegungsbahn und eine Abweichung von dieser Vorhersage im Gehirn widerspiegeln. Gerade für die abweichende Bewegungsbahn erwartete die Gruppe das Auftreten einer MMN.

„In unserer Studie verglichen wir bei ein- und denselben Personen die neuronalen Muster, die einerseits die Vorhersagbarkeit von Bewegungen abbilden, andererseits den Vorhersagefehler“, führt der dritte Mitverfasser Dr. Steffen Klingenhöfer aus, der bis vor kurzem Bremmers Arbeitsgruppe angehörte.

In allen Experimenten saßen die Versuchsteilnehmer vor einem Bildschirm, auf dem sich ein punktförmiges Objekt waagrecht entlang einer geraden Flugbahn bewegte, wobei er vorübergehend abgedeckt war. Nach dem Wiederauftreten bewegte sich der Punkt auf der gleichen geraden Bahn weiter, soweit es sich um einen Standardversuch handelte; bei abweichenden Versuchen hingegen tauchte er an einer anderen Stelle auf und folgte einer unvorhergesehenen Bahn.

Obwohl das Forschungsteam die Aufmerksamkeit der Teilnehmer durch eine Verhaltensaufgabe ablenkte und die Flugbahn des sich bewegenden Ziels für die Aufgabe unerheblich war, fanden die Wissenschaftler ein starkes Hirnstrom-Signal für abweichende Bewegungen. „Da die MMN weitgehend unbeeinflusst von der Aufmerksamkeit der Probanden war, kann die Bearbeitung von Flugbahnen als Aufmerksamkeits-unabhängig angesehen werden“, fassen die Autoren das Ergebnis zusammen. „Alles in allem unterstützen unsere Befunde die Vermutung, dass Vorhersagen sich darauf auswirken, wie wir visuelle Bewegungseindrücke verarbeiten.“



Für Studienleiter Bremmer belegen die Resultate einmal mehr, „welch große Bedeutung das Sehen von Bewegung für uns Menschen hat, beispielsweise im täglichen Verkehr, bei dem man während des Fahrens trotz der Konzentration auf das vorausfahrende Fahrzeug erkennen muss, wenn ein Fußgänger unerwartet den Weg kreuzt.“

Professor Dr. Frank Bremmer leitet die Arbeitsgruppe Neurophysik an der Philipps-Universität Marburg. Der Physiker amtiert als geschäftsführender Direktor des gemeinsamen „Center for Mind, Brain and Behavior“ (CMBB) der mittelhessischen Universitäten und engagiert sich in einschlägigen Forschungsverbünden.

Insbesondere ist er einer der beiden Sprecher der gemeinsamen Cluster-Initiative „The Adaptive Mind“, mit der sich die Philipps-Universität Marburg und die Justus-Liebig-Universität Gießen an der Exzellenzstrategie von Bund und Ländern beteiligen. Die Neurowissenschaften zählen zu den zentralen Aktionsfeldern des Forschungscampus Mittelhessen, der neben den beiden Universitäten in Marburg und Gießen auch die Technische Hochschule Mittelhessen umfasst.

Die Deutsche Forschungsgemeinschaft förderte die Forschungsarbeit, die dem Aufsatz zugrunde liegt, durch ihr Internationales Graduiertenkolleg 1901 zum Thema „The Brain in Action“ sowie ihren Sonderforschungsbereich SFB/TRR 135 zum Thema „Kardinale Mechanismen der Wahrnehmung“.




Diese Newsmeldung wurde erstellt mit Materialien von idw


News der letzten 7 Tage

www.biologie-seite.de 16 Meldungen

Meldung vom 21.05.2019

Neue Studie zeigt: Tropische Korallen spiegeln die Ozeanversauerung wider

Das Kalkskelett tropischer Korallen weist bereits Veränderungen in der chemischen Zusammensetzung auf, die au ...

Meldung vom 21.05.2019

Namenlose Fliegen

Unsere heimischen Fliegen und Mücken zählen mit knapp 10.000 bekannten Arten zu einer der vielfältigsten In ...

Meldung vom 20.05.2019

Bonobo Mütter verhelfen ihren Söhnen zu mehr Nachwuchs

Bei vielen sozialen Tierarten teilen sich Individuen die Aufgaben der Kindererziehung, doch neue Forschungserg ...

Meldung vom 20.05.2019

Auf die Größe kommt es an

Ökologe der Universität Jena und des Deutschen Zentrums für integrative Biodiversitätsforschung (iDiv) ent ...

Meldung vom 20.05.2019

3D-Technologie ermöglicht Blick in die Vergangenheit

Studie identifiziert Fischarten anhand vier Millionen Jahre alter Karpfenzähne ‒ Modell zur Evolution der B ...

Meldung vom 20.05.2019

Auswirkungen von Klimaveränderungen auf die genetische Vielfalt einer Art

Über das Genom des Alpenmurmeltiers.

Meldung vom 17.05.2019

Ernst Haeckel: Vordenker hochmoderner Disziplinen

Wissenschaftshistoriker der Universität Jena erklären Ernst Haeckels Ökologie-Definition.

Meldung vom 17.05.2019

Echoortung von Fledermäusen - Exzellente Navigation mit wenig Information

LMU-Forscher widerlegen bisherige Annahmen über die Echoortung: Fledermäuse haben deutlich weniger räumlich ...

Meldung vom 17.05.2019

Neues Petersilien-Virus von Braunschweiger Forschern entdeckt space

Neues Petersilien-Virus kommt im Raum Braunschweig und anderen Teilen Deutschlands vor.

Meldung vom 16.05.2019

Bettgenosse gesucht: Wer war der erste Wirt der Bettwanzen

Ein internationales Team von Wissenschaftlern unter der kooperativen Leitung des TUD Biologen Prof. Klaus Rein ...

Meldung vom 15.05.2019

Schimpansen graben mit Werkzeugen nach Futter

Forschungsteam filmt im Zoo erstmals, wie die Menschenaffen vorgehen, um an vergrabene Leckereien zu kommen.

Meldung vom 15.05.2019

Übersatte Bakterien machen den Menschen krank

SFB 1182-Forschungsteam schlägt in einer neuen Hypothese vor, dass Entzündungskrankheiten durch ein Nahrungs ...

Meldung vom 15.05.2019

Große Fragen zur Rolle mikroskopischen Lebens für unsere Zukunft

Wie Mikroorganismen die dynamische Entwicklung unserer Erde beeinflussen.

Meldung vom 15.05.2019

Wälder tragen weniger zum Klimaschutz bei als vermutet

Eine Studie mit Beteiligung der Eidg. Forschungsanstalt für Wald, Schnee und Landschaft WSL könnte ein Dämp ...

Meldung vom 15.05.2019

Ausgezirpt - Drastischer Biomasseverlust bei Zikaden in Deutschland

In der April- Ausgabe der vom Bundesamt für Naturschutz herausgegebenen Zeitschrift „Natur und Landschaft ...

Meldung vom 14.05.2019

Relaisstation im Gehirn steuert unsere Bewegungen

Die Relaisstation des Gehirns, die Substantia nigra, beherbergt verschiedene Arten von Nervenzellen und ist f ...


03.05.2019
Eine Frage der Zeit
24.04.2019
Kraftwerk ohne DNA

06.03.2019
Bindung mit Folgen
16.01.2019
Plötzlich gealtert

19.12.2018
Baum der Schrecken
07.11.2018
Plastik im Fisch
28.09.2018
Gestresste Pflanzen

13.08.2018
Wie Vögel lernen

15.06.2018
Primaten in Gefahr
24.05.2018
Störche im Aufwind
19.08.2018
Kenne Deinen Fisch!
19.08.2018
Leben ohne Altern
19.08.2018
Lebensraum Käse
19.08.2018
Domino im Urwald
19.08.2018
Trend-Hobby Imker
19.08.2018
Wie Bienen riechen

Newsletter

Neues aus der Forschung