Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Die geheimen Absichten des Gehirns sichtbar machen

09.02.2007
Wissenschaftler entschlüsseln versteckte Intentionen im menschlichen Gehirn

Jeden Tag nehmen wir uns Dinge vor - dem Freund ein Buch zurückzugeben oder einen Termin nicht zu vergessen. Wie und wo das Gehirn solche Entscheidungen speichert, untersuchte John-Dylan Haynes, Wissenschaftler am Max-Planck-Institut für Kognitions- und Neurowissenschaften, zusammen mit Kollegen aus London und Tokio. Mit Hilfe der Magnetresonanz-Tomographie und hoch entwickelten Analysemethoden ist es den Wissenschaftlern dabei erstmals gelungen, in einem klar definierten Versuchsablauf die Absichten von Probanden aus ihrer Hirnaktivität zu ermitteln (Current Biology online, 8. Februar 2007).


Hirnregionen aus denen menschliche Absichten "ausgelesen" werden können. Die feinkörnigen Hirnaktivierungsmuster (rechts) sind unterschiedlich, je nachdem ob ein Proband eine Addition oder eine Subtraktion vorbereitet. Aus den Aktivierungsmustern in den grün markierten Regionen können verborgene Absichten ausgelesen werden, bevor sie vom Probanden ausgeführt werden. Aus den rot markierten Regionen können die Absichten ausgelesen werden, wenn der Proband begonnen hat, die Absicht in die Tat umzusetzen. Bild: Bernstein Center for Computational Neuroscience Berlin

Was wir uns insgeheim vornehmen, bleibt anderen Menschen verborgen, bis wir unser Vorhaben in die Tat umsetzen - so glauben wir zumindest. Im Rahmen eines klar definierten Versuchsaufbaus ist es nämlich Wissenschaftlern jetzt gelungen, die Absichten ihrer Versuchspersonen schon im Voraus zu entschlüsseln. Dazu ließen sie die Probanden zwischen zwei möglichen Entscheidungen frei wählen. Die Versuchspersonen sollten sich vornehmen, bei einer Rechenaufgabe zwei Zahlen entweder zu addieren oder zu subtrahieren. Und noch bevor die Probanden die Zahlen zu sehen bekamen und zu rechnen begannen, konnten die Wissenschaftler mit 70-prozentiger Genauigkeit die Absicht der Probanden erkennen - allein anhand ihrer Gehirnaktivität.

Die Probanden trafen ihre Wahl verdeckt und wussten zunächst nicht, welche zwei Zahlen sie addieren oder subtrahieren sollten. Dadurch stellten die Wissenschaftler sicher, dass sie ausschließlich die Intention der Probanden aus der Gehirnaktivität ablesen. Andere neuronale Aktivitäten, wie zum Beispiel die eigentliche Durchführung der Rechenaufgabe oder die Vorbereitung der Handbewegung zum Anzeigen der Lösung, fanden in dem Zeitraum der Messungen, aus denen die Wissenschaftler ihre Vorhersagen trafen, nicht statt. Erst einige Sekunden später erschienen die Zahlen auf dem Bildschirm und die Probanden konnten die gewählte Rechenaufgabe ausführen. "Man hat bisher angenommen, dass frei gewählte Vorhaben im mittleren Teil des präfrontalen Kortex, externe Instruktionen hingegen eher im seitlichen Teil gespeichert werden. Diese Annahme konnten wir mit unseren Experimenten bestätigen", erklärt Haynes.

Die Arbeit von Haynes und seinen Kollegen geht aber weit über die Bestätigung vorhandener Kenntnisse hinaus. Noch nie zuvor ist es Wissenschaftlern gelungen, aus der Aktivität des präfrontalen Kortex abzulesen, welche von zwei möglichen Entscheidungen ein Proband getroffen hatte. Der Trick der Wissenschaftler um Haynes, mit dem sie bisher Unsichtbares sichtbar machen konnten, liegt in der Anwendung einer neuen Methode namens "Multivariante Mustererkennung". Dabei programmiert man einen Computer, charakteristische Aktivierungsmuster im Gehirn zu erkennen, die bei den verschiedenen Absichten auftreten. Anders als bei herkömmlichen Methoden werden hier also die Messungen aus vielen Gehirnbereichen kombiniert, um die Absicht der Probanden zu entschlüsseln. Dass das so gut funktioniert, hängt mit der Funktionsweise des Gehirns zusammen. "Die Experimente zeigen, dass Intentionen nicht in einzelnen Nervenzellen gespeichert werden, sondern in einem räumlich verteilten Muster neuronaler Aktivität", so Haynes. Darüber hinaus zeigen sich regionale Unterschiede in der genauen Funktion des präfrontalen Kortex. Weiter vorne gelegene Bereiche kodieren die Intention bis zur Ausführung der Aufgabe, weiter hinten gelegene Bereiche werden aktiv, sobald die Probanden zu rechnen beginnen. "Handlungen, die in einem Bereich des Gehirns als Absicht gespeichert werden, müssen also in einen anderen Bereich des Gehirns kopiert werden, um ausgeführt zu werden", sagt Haynes.

Diese Ergebnisse lassen auch auf eine Verbesserung klinischer und technischer Anwendungen hoffen. Schon heute gibt es erste Ansätze, mit computergestützten Prothesen oder Brain-Computer-Interfaces schwerstgelähmten Patienten das Leben zu erleichtern. Sie konzentrieren sich aber vornehmlich darauf, Bewegungen zu entschlüsseln, die das Gehirn des Patienten plant, der Patient aber nicht mehr ausführen kann. Allein durch die Kraft ihrer Gedanken können Patienten so künstliche Gliedmaßen oder einen Computercursor auf dem Bildschirm bewegen. Die Forschungsarbeiten der Wissenschaftler um Haynes eröffnen nun die Perspektive, zukünftig auch abstraktere Absichten der Patienten, wie zum Beispiel "den blauen Ordner öffnen" oder "Email beantworten", in solche Anwendungen mit einzubeziehen.

Originalveröffentlichung:

John-Dylan Haynes, Katsuyuki Sakai, Geraint Rees, Sam Gilbert, Chris Frith, Dick Passingham
Reading hidden intentions in the human brain
Current Biology online, 8. Februar 2007

Dr. Andreas Trepte | Max-Planck-Gesellschaft
Weitere Informationen:
http://www.mpg.de

Weitere Berichte zu: Kognitions- und Neurowissenschaft Kortex Proband

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Pflanzlicher Wirkstoff lässt Wimpern wachsen
09.12.2016 | Fraunhofer-Institut für Angewandte Polymerforschung IAP

nachricht Wolkenbildung: Wie Feldspat als Gefrierkeim wirkt
09.12.2016 | Karlsruher Institut für Technologie

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: Elektronenautobahn im Kristall

Physiker der Universität Würzburg haben an einer bestimmten Form topologischer Isolatoren eine überraschende Entdeckung gemacht. Die Erklärung für den Effekt findet sich in der Struktur der verwendeten Materialien. Ihre Arbeit haben die Forscher jetzt in Science veröffentlicht.

Sie sind das derzeit „heißeste Eisen“ der Physik, wie die Neue Zürcher Zeitung schreibt: topologische Isolatoren. Ihre Bedeutung wurde erst vor wenigen Wochen...

Im Focus: Electron highway inside crystal

Physicists of the University of Würzburg have made an astonishing discovery in a specific type of topological insulators. The effect is due to the structure of the materials used. The researchers have now published their work in the journal Science.

Topological insulators are currently the hot topic in physics according to the newspaper Neue Zürcher Zeitung. Only a few weeks ago, their importance was...

Im Focus: Rätsel um Mott-Isolatoren gelöst

Universelles Verhalten am Mott-Metall-Isolator-Übergang aufgedeckt

Die Ursache für den 1937 von Sir Nevill Francis Mott vorhergesagten Metall-Isolator-Übergang basiert auf der gegenseitigen Abstoßung der gleichnamig geladenen...

Im Focus: Poröse kristalline Materialien: TU Graz-Forscher zeigt Methode zum gezielten Wachstum

Mikroporöse Kristalle (MOFs) bergen große Potentiale für die funktionalen Materialien der Zukunft. Paolo Falcaro von der TU Graz et al zeigen in Nature Materials, wie man MOFs gezielt im großen Maßstab wachsen lässt.

„Metal-organic frameworks“ (MOFs) genannte poröse Kristalle bestehen aus metallischen Knotenpunkten mit organischen Molekülen als Verbindungselemente. Dank...

Im Focus: Gravitationswellen als Sensor für Dunkle Materie

Die mit der Entdeckung von Gravitationswellen entstandene neue Disziplin der Gravitationswellen-Astronomie bekommt eine weitere Aufgabe: die Suche nach Dunkler Materie. Diese könnte aus einem Bose-Einstein-Kondensat sehr leichter Teilchen bestehen. Wie Rechnungen zeigen, würden Gravitationswellen gebremst, wenn sie durch derartige Dunkle Materie laufen. Dies führt zu einer Verspätung von Gravitationswellen relativ zu Licht, die bereits mit den heutigen Detektoren messbar sein sollte.

Im Universum muss es gut fünfmal mehr unsichtbare als sichtbare Materie geben. Woraus diese Dunkle Materie besteht, ist immer noch unbekannt. Die...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Firmen- und Forschungsnetzwerk Munitect tagt am IOW

08.12.2016 | Veranstaltungen

NRW Nano-Konferenz in Münster

07.12.2016 | Veranstaltungen

Wie aus reinen Daten ein verständliches Bild entsteht

05.12.2016 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Hochgenaue Versuchsstände für dynamisch belastete Komponenten – Workshop zeigt Potenzial auf

09.12.2016 | Seminare Workshops

Ein Nano-Kreisverkehr für Licht

09.12.2016 | Physik Astronomie

Pflanzlicher Wirkstoff lässt Wimpern wachsen

09.12.2016 | Biowissenschaften Chemie