Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Mit Illusionen auf dem Weg ins "Unbewusste"

25.03.2004


Gehirnaktivität in hoher raum-zeitlicher Auflösung


Auf einem Monitor leuchtet kurz ein Lichtpunkt auf, gefolgt von einem balkenförmigen Lichtreiz (s. Abb., a - Zeit). Diese einfache Anordnung wird jedoch anders wahrgenommen: Der Balken scheint sich vom Ort des Lichtpunktes auszudehnen und eine Bewegung vorzutäuschen (s. Abb., b). Auf die Gehirnoberfläche geblickt, werden unterschiedliche Aktivitätszustände farblich dargestellt (s. Abb., c). Jedes Bild ist eine Momentaufnahme von 10 Millisekunden Dauer, es zeigt jeweils einen etwa 7x3 mm großen Bereich, der Millionen von Nervenzellen umfasst. Die Farben kennzeichnen den momentanen Aktivitätszustand: Dunkelrote Bereiche beinhalten Nervenzellen mit überschwelliger Aktivität, - die innerhalb des Areals und an höhere Hirnareale weitergleitet wird -, während sich die von blau nach rot ansteigend gefärbten Gehirnbereiche in unterschwelligen Aktivitätszuständen befinden. Der überschwellige, dunkelrote Bereich entwickelt sich in die gleiche Richtung wie unsere Wahrnehmung. Es entsteht ein neuronales Korrelat der Illusion (s. Abb. b).



Noch bevor wir etwas wahrnehmen, laufen unbewusst komplexe Hirnprozesse ab: In Sekundenbruchteilen breiten sich Aktivitätswellen in Nervenzell-Netzwerken aus, wird die Außenwelt im Gehirn abgebildet - doch für uns bleibt zunächst vieles unsichtbar. Junior-Professor Dr. Dirk Jancke (Kognitive Neurobiologie, Lehrstuhl für Allgemeine Zoologie und Neurobiologie der RUB) hat jetzt Unsichtbares sichtbar gemacht. Mit einem neuen optischen Verfahren zur Messung von Gehirnaktivität, entwickelt im Labor von Prof. Dr. Amiram Grinvald (Weizmann Institute of Science, Israel), fand er erstmals ein neurophysiologisches Korrelat einer visuellen Bewegungsillusion in "Echtzeit". Während komplexe Wahrnehmungsleistungen meist höheren Hirnarealen zugeschrieben werden, machte Jancke diese Entdeckungen bereits in frühen, sog. primären Arealen der Großhirnrinde. Über die Ergebnisse berichtet das Wissenschaftsmagazin NATURE in seiner Ausgabe vom 25. März 2004.

... mehr zu:
»Lichtbalken »Lichtpunkt


"Line-Motion Illusion": Unbewegtes bewegt sich

Für seine Untersuchungen wählte Jancke das Phänomen der visuellen Illusionen - gleich einer optischen Sinnestäuschung, wenn die wahrgenommene nicht der physikalisch präsenten Welt entspricht. Illusionen scheinen sich besonders für Fragestellungen in der Hirnforschung zu eignen, bei denen es um Wahrnehmungen, Empfindungen, bis hin zum Bewusstsein geht. Werden zum Beispiel auf einem Monitor kurzzeitig ein Lichtpunkt und wenig später ein Lichtbalken dargestellt, dann nehmen wir den Lichtbalken nicht als solchen wahr: Der Balken scheint sich ausgehend vom Ort des zuvor gesehenen Lichtpunktes sukzessiv bis zur vollen Balkenlänge auszudehnen - man spricht von der "Line-Motion Illusion". Von den in Wirklichkeit unbewegten Objekten wird im Gehirn die Illusion von Bewegung erzeugt. Ähnlich wie beim Betrachten eines Kinofilms führt hier die Abfolge statischer Bilder zur Wahrnehmung kontinuierlicher Bewegung.

"Optical Imaging" - neuronale Aktivität in Echtzeit

Will man die zugrundeliegenden Verarbeitungsmechanismen des Gehirns entschlüsseln, braucht man eine Messmethode, die möglichst große Gehirnbereiche mit präziser örtlicher und zeitlicher Auflösung untersucht. Jancke nutzt dafür eine von Prof. Amiram Grinvald am Weizmann Institut (Israel) entwickelte Methode, bei der ein fluoreszenter Farbstoff in die Membranen von Hirnzellen eingelagert wird. Unter rotem Licht bestimmter Wellenlänge "leuchten" diese Nervenzellen umso stärker auf, je aktiver sie gerade sind, weil fluoreszentes Licht emittiert wird. Die so gewonnenen Signale registriert ein hochempfindliches Kamerasystem. Daraus entsteht dann mit Hilfe von speziellen computergestützten Rechenoperationen ein genaues Bild der momentanen Hirnaktivität. Das Besondere: Jancke erfasst auch unterschwellige Aktivität in den einzelnen Nervenzellen und untersucht damit ihre Kommunikation über ein weitverzweigtes Netzwerk hinweg.

Bewegter Balken im Gehirn

Treffen die Signale von Lichtpunkt und Lichtbalken auf die Netzhaut, dann werden sie dort getrennt registriert und an nachfolgende Gehirnstrukturen weitergeleitet. Schon auf der ersten kortikalen Verarbeitungsebene, den primären visuellen Arealen der Großhirnrinde, stellte Jancke am Weizmann Institut unerwartet weitreichende Verarbeitungsprozesse fest. Der Lichtpunkt löst in diesen frühen Gehirnstrukturen unterschwellige und weitreichende Erregungswellen aus. Was wir davon wahrnehmen, ist allerdings lediglich "die Spitze des Wellenkammes". Nur diese lokale Information über den Ort des Lichtpunktes wird an andere Gehirnareale weitergeleitet, während der Großteil unterschwelliger Aktivitätsbereiche unserer Wahrnehmung zunächst verborgen bleibt. Erst ein nachfolgender Reiz, wie der Lichtbalken bei der "Line-Motion Illusion", hebt die sich ausbreitende unterschwellige Aktivitätswelle auf ein höheres, dann wahrnehmbares Niveau: Der Balken "wächst vor unseren Augen", das Gehirn täuscht uns aus zwei unbewegten Objekten Bewegung vor. Unsere Wahrnehmung "surft entlang" einer nun überschwelligen Aktivitätswelle.

Unbewusst vorbereitet sein

Unser Gehirn ist nicht deshalb so komplex, damit es uns fortwährend täuschen kann, sondern damit wir uns in einer sich stetig bewegenden und verändernden Umwelt besser zurecht finden können. Auf plötzlich erscheinende Objekte, wie ein heranrasendes Auto, werden wir vermutlich durch unterschwellig weit vorauseilende Gehirnaktivitäten intern "vorbereitet", um Verarbeitungszeit zu sparen und schnell reagieren zu können. Darüber hinaus können raum-zeitliche Beziehungen zwischen und innerhalb von Objekten durch weitreichende unterschwellige Gehirnaktivität integriert und nach Bedarf weiterverarbeitet werden um ein ganzheitliches Bild von der Welt zu vermitteln: So nehmen wir ein Blatt - umgeben von vielen anderen Blättern - einem Baum zugehörig wahr, auch wenn es im Wind ständig seine Position verändert oder zeitweise von anderen Blättern verdeckt wird, - für uns eine leichte Aufgabe, mit der technische Systeme große Schwierigkeiten haben können.

Manche Weichen werden unbewusst gestellt...

"Quasi-automatische" Gehirnprozesse verschaffen uns stabile Bildwahrnehmungen und erleichtern uns, visuelle Bewegung wahrzunehmen. Die vorliegende Studie zeigt einen möglichen Basismechanismus. Daneben laufen weitere Verarbeitungsprozesse ab: So kann die "Line-Motion-Illusion" auch durch gezielt gesteuerte Aufmerksamkeit erzeugt werden, wenn wir den Blick willkürlich auf einen bestimmten Ort im Raum richten. Es überrascht jedoch das Ausmaß an Vorverarbeitung in einem primären Hirnareal. Dies lässt darauf schließen, dass an nachfolgende, höhere Hirnregionen bereits entscheidend modifizierte Informationen weitergegeben werden. So werden manche Weichen möglicherweise sehr früh und nicht willentlich gestellt.

Die Förderer

Die Studie wurde durch die Minerva Stiftung, die Marie Curie Stiftung, durch das Grodetsky Center, die Goldsmith Stiftung sowie die Körber Stiftung unterstützt.

Weitere Informationen

Dr. Dirk Jancke
Junior-Professor für kognitive Neurobiologie
Tel: 0234/32-24369, Fax: 0234/ 32-14185
E-Mail: jancke@neurobiologie.ruhr-uni-bochum.de

Dr. Josef König | idw
Weitere Informationen:
http://homepage.ruhr-uni-bochum.de/Dirk.Jancke/line-motion-examples.html
http://homepage.ruhr-uni-bochum.de/Dirk.Jancke/

Weitere Berichte zu: Lichtbalken Lichtpunkt

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Krebsdiagnostik: Pinkeln statt Piksen?
25.05.2018 | Christian-Albrechts-Universität zu Kiel

nachricht Kugelmühlen statt Lösungsmittel: Nanographene mit Mechanochemie
25.05.2018 | Technische Universität Dresden

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Starke IT-Sicherheit für das Auto der Zukunft – Forschungsverbund entwickelt neue Ansätze

Je mehr die Elektronik Autos lenkt, beschleunigt und bremst, desto wichtiger wird der Schutz vor Cyber-Angriffen. Deshalb erarbeiten 15 Partner aus Industrie und Wissenschaft in den kommenden drei Jahren neue Ansätze für die IT-Sicherheit im selbstfahrenden Auto. Das Verbundvorhaben unter dem Namen „Security For Connected, Autonomous Cars (SecForCARs) wird durch das Bundesministerium für Bildung und Forschung mit 7,2 Millionen Euro gefördert. Infineon leitet das Projekt.

Bereits heute bieten Fahrzeuge vielfältige Kommunikationsschnittstellen und immer mehr automatisierte Fahrfunktionen, wie beispielsweise Abstands- und...

Im Focus: Powerful IT security for the car of the future – research alliance develops new approaches

The more electronics steer, accelerate and brake cars, the more important it is to protect them against cyber-attacks. That is why 15 partners from industry and academia will work together over the next three years on new approaches to IT security in self-driving cars. The joint project goes by the name Security For Connected, Autonomous Cars (SecForCARs) and has funding of €7.2 million from the German Federal Ministry of Education and Research. Infineon is leading the project.

Vehicles already offer diverse communication interfaces and more and more automated functions, such as distance and lane-keeping assist systems. At the same...

Im Focus: Mit Hilfe molekularer Schalter lassen sich künftig neuartige Bauelemente entwickeln

Einem Forscherteam unter Führung von Physikern der Technischen Universität München (TUM) ist es gelungen, spezielle Moleküle mit einer angelegten Spannung zwischen zwei strukturell unterschiedlichen Zuständen hin und her zu schalten. Derartige Nano-Schalter könnten Basis für neuartige Bauelemente sein, die auf Silizium basierende Komponenten durch organische Moleküle ersetzen.

Die Entwicklung neuer elektronischer Technologien fordert eine ständige Verkleinerung funktioneller Komponenten. Physikern der TU München ist es im Rahmen...

Im Focus: Molecular switch will facilitate the development of pioneering electro-optical devices

A research team led by physicists at the Technical University of Munich (TUM) has developed molecular nanoswitches that can be toggled between two structurally different states using an applied voltage. They can serve as the basis for a pioneering class of devices that could replace silicon-based components with organic molecules.

The development of new electronic technologies drives the incessant reduction of functional component sizes. In the context of an international collaborative...

Im Focus: GRACE Follow-On erfolgreich gestartet: Das Satelliten-Tandem dokumentiert den globalen Wandel

Die Satellitenmission GRACE-FO ist gestartet. Am 22. Mai um 21.47 Uhr (MESZ) hoben die beiden Satelliten des GFZ und der NASA an Bord einer Falcon-9-Rakete von der Vandenberg Air Force Base (Kalifornien) ab und wurden in eine polare Umlaufbahn gebracht. Dort nehmen sie in den kommenden Monaten ihre endgültige Position ein. Die NASA meldete 30 Minuten später, dass der Kontakt zu den Satelliten in ihrem Zielorbit erfolgreich hergestellt wurde. GRACE Follow-On wird das Erdschwerefeld und dessen räumliche und zeitliche Variationen sehr genau vermessen. Sie ermöglicht damit präzise Aussagen zum globalen Wandel, insbesondere zu Änderungen im Wasserhaushalt, etwa dem Verlust von Eismassen.

Potsdam, 22. Mai 2018: Die deutsch-amerikanische Satellitenmission GRACE-FO (Gravity Recovery And Climate Experiment Follow On) ist erfolgreich gestartet. Am...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Im Fokus: Klimaangepasste Pflanzen

25.05.2018 | Veranstaltungen

Größter Astronomie-Kongress kommt nach Wien

24.05.2018 | Veranstaltungen

22. Business Forum Qualität: Vom Smart Device bis zum Digital Twin

22.05.2018 | Veranstaltungen

VideoLinks
Wissenschaft & Forschung
Weitere VideoLinks im Überblick >>>
 
Aktuelle Beiträge

Berufsausbildung mit Zukunft

25.05.2018 | Unternehmensmeldung

Untersuchung der Zellmembran: Forscher entwickeln Stoff, der wichtigen Membranbestandteil nachahmt

25.05.2018 | Interdisziplinäre Forschung

Starke IT-Sicherheit für das Auto der Zukunft – Forschungsverbund entwickelt neue Ansätze

25.05.2018 | Informationstechnologie

Weitere B2B-VideoLinks
IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics