Alarmanlage im Hirn: Fehler können vom Gehirn bereits erkannt werden, bevor sie geschehen sind

Das haben Forscher des Max-Planck-Instituts für Kognitions-und Neurowissenschaften in Leipzig und des Instituts für Psychologie der Universität Sussex (GB) jetzt herausgefunden.

Wahrscheinlich geschieht dies, so vermuten die Wissenschaftler, indem das Hirn schon früh Vorhersagen darüber macht, welches Ergebnis eine Handlung bewirken wird. Steht die Vorhersage dabei im Widerspruch zum eigentlichen Handlungsziel, kann das Gehirn den Fehler bereits entdecken, bevor er überhaupt produziert worden ist. (Plos One, 1. April 2009)

Kaum eine Tätigkeit fordert das Hirn so sehr wie das Spielen eines Instruments. Die Liste der Handlungen, die etwa beim Klavierspielen gleichzeitig und in hohem Tempo gesteuert und überwacht werden müssen, ist lang: „Ein Pianist muss wissen, welche Note als nächste wie gespielt werden soll, die entsprechenden Bewegungen müssen geplant und ausgeführt werden. Parallel dazu wird ständig die Richtigkeit des Klangs überprüft“, erklärt Clemens Maidhof, einer der beteiligten Wissenschaftler.

Das Fehlerüberwachungssystem des Hirns haben die Forscher bei Pianisten während des Klavierspielens untersucht. Die Testpersonen waren professionelle Musiker mit jahrzehntelanger Erfahrung. Für das Experiment mussten sie ihre Kunst unter ungewöhnlichen Bedingungen ausüben: Aus dem Gedächtnis sollten sie wieder und wieder verschiedene Tonfolgen beidhändig reproduzieren, die ihnen zuvor vom Band vorgespielt worden waren. Um Ablenkungen vorzubeugen, wurden ihnen zudem die Augen verbunden. Ihre Hirnaktivität beim Spielen wurde dabei mithilfe der Elektroenzephalographie (EEG) überwacht. Bei dieser Technik werden Schwankungen der elektrischen Potenziale im Hirn durch Elektroden an der Kopfhaut aufgezeichnet. „Die Reaktionen auf verschiedene Einflüsse lassen sich so bis auf die Millisekunde genau verfolgen. So konnten wir ganz genau feststellen, wie das Hirn auf einen Fehler reagiert – und vor allem, wann“, sagt Clemens Maidhof.

Unterlief den Musikern ein Fehler, führte das zu einem Anstieg im EEG, und zwar bis zu 100 Millisekunden bevor eine falsche Taste gedrückt worden war und die Pianisten den falschen Ton gehört haben konnten. Das Hirn schien den Fehler schon eine zehntel Sekunde, bevor er geschehen ist, zu erkennen. Die falschen Tasten wurden zudem leiser und mit Verzögerung angeschlagen. Auch die zweite Hand, die zur gleichen Zeit die richtige Taste spielte, wies diese Verzögerung auf. „Möglicherweise spiegelt sich darin ein Versuch, den Fehler noch zu vermeiden“, vermuten die Wissenschaftler.

Die Grundlage dieser frühen Fehlerkennung sind wahrscheinlich neuronale Mechanismen, die, schon während eine bestimmte Bewegung initiiert wird, eine Vorhersage über das zu erwartende Resultat dieser Bewegung treffen. Ein Widerspruch zwischen dieser Vorhersage und dem eigentlichen Handlungsziel führt dann zur schnellen Entdeckung des Fehlers.

Originalveröffentlichung:

Clemens Maidhof, Martina Rieger, Wolfgang Prinz, Stefan Koelsch
Nobody Is Perfect: ERP Effects Prior to Performance Errors in Musicians Indicate Fast Monitoring Processes

PLoS ONE, 1. April 2009

Weitere Informationen erhalten Sie von:

Clemens Maidhof
Max-Planck-Institut für Kognitions- und Neurowissenschaften, Leipzig
Tel.: +49 341 9940-2285
E-Mail: maidhof@cbs.mpg.de
PD Dr. Stefan Koelsch
Max-Planck-Institut für Kognitions- und Neurowissenschaften, Leipzig
Tel.: +49 341 9940-132
E-Mail: koelsch@cbs.mpg.de