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 Ein Holodeck für Fliegen, Fische und Mäuse
21.08.2017 | Albert-Ludwigs-Universität Freiburg im Breisgau

nachricht Wie Pflanzen ihr Gedächtnis vererben
21.08.2017 | Gregor Mendel Institut für Molekulare Pflanzenbiologie (GMI)

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: Topologische Quantenzustände einfach aufspüren

Durch gezieltes Aufheizen von Quantenmaterie können exotische Materiezustände aufgespürt werden. Zu diesem überraschenden Ergebnis kommen Theoretische Physiker um Nathan Goldman (Brüssel) und Peter Zoller (Innsbruck) in einer aktuellen Arbeit im Fachmagazin Science Advances. Sie liefern damit ein universell einsetzbares Werkzeug für die Suche nach topologischen Quantenzuständen.

In der Physik existieren gewisse Größen nur als ganzzahlige Vielfache elementarer und unteilbarer Bestandteile. Wie das antike Konzept des Atoms bezeugt, ist...

Im Focus: Unterwasserroboter soll nach einem Jahr in der arktischen Tiefsee auftauchen

Am Dienstag, den 22. August wird das Forschungsschiff Polarstern im norwegischen Tromsø zu einer besonderen Expedition in die Arktis starten: Der autonome Unterwasserroboter TRAMPER soll nach einem Jahr Einsatzzeit am arktischen Tiefseeboden auftauchen. Dieses Gerät und weitere robotische Systeme, die Tiefsee- und Weltraumforscher im Rahmen der Helmholtz-Allianz ROBEX gemeinsam entwickelt haben, werden nun knapp drei Wochen lang unter Realbedingungen getestet. ROBEX hat das Ziel, neue Technologien für die Erkundung schwer erreichbarer Gebiete mit extremen Umweltbedingungen zu entwickeln.

„Auftauchen wird der TRAMPER“, sagt Dr. Frank Wenzhöfer vom Alfred-Wegener-Institut, Helmholtz-Zentrum für Polar- und Meeresforschung (AWI) selbstbewusst. Der...

Im Focus: Mit Barcodes der Zellentwicklung auf der Spur

Darüber, wie sich Blutzellen entwickeln, existieren verschiedene Auffassungen – sie basieren jedoch fast ausschließlich auf Experimenten, die lediglich Momentaufnahmen widerspiegeln. Wissenschaftler des Deutschen Krebsforschungszentrums stellen nun im Fachjournal Nature eine neue Technik vor, mit der sich das Geschehen dynamisch erfassen lässt: Mithilfe eines „Zufallsgenerators“ versehen sie Blutstammzellen mit genetischen Barcodes und können so verfolgen, welche Zelltypen aus der Stammzelle hervorgehen. Diese Technik erlaubt künftig völlig neue Einblicke in die Entwicklung unterschiedlicher Gewebe sowie in die Krebsentstehung.

Wie entsteht die Vielzahl verschiedener Zelltypen im Blut? Diese Frage beschäftigt Wissenschaftler schon lange. Nach der klassischen Vorstellung fächern sich...

Im Focus: Fizzy soda water could be key to clean manufacture of flat wonder material: Graphene

Whether you call it effervescent, fizzy, or sparkling, carbonated water is making a comeback as a beverage. Aside from quenching thirst, researchers at the University of Illinois at Urbana-Champaign have discovered a new use for these "bubbly" concoctions that will have major impact on the manufacturer of the world's thinnest, flattest, and one most useful materials -- graphene.

As graphene's popularity grows as an advanced "wonder" material, the speed and quality at which it can be manufactured will be paramount. With that in mind,...

Im Focus: Forscher entwickeln maisförmigen Arzneimittel-Transporter zum Inhalieren

Er sieht aus wie ein Maiskolben, ist winzig wie ein Bakterium und kann einen Wirkstoff direkt in die Lungenzellen liefern: Das zylinderförmige Vehikel für Arzneistoffe, das Pharmazeuten der Universität des Saarlandes entwickelt haben, kann inhaliert werden. Professor Marc Schneider und sein Team machen sich dabei die körpereigene Abwehr zunutze: Makrophagen, die Fresszellen des Immunsystems, fressen den gesundheitlich unbedenklichen „Nano-Mais“ und setzen dabei den in ihm enthaltenen Wirkstoff frei. Bei ihrer Forschung arbeiteten die Pharmazeuten mit Forschern der Medizinischen Fakultät der Saar-Uni, des Leibniz-Instituts für Neue Materialien und der Universität Marburg zusammen Ihre Forschungsergebnisse veröffentlichten die Wissenschaftler in der Fachzeitschrift Advanced Healthcare Materials. DOI: 10.1002/adhm.201700478

Ein Medikament wirkt nur, wenn es dort ankommt, wo es wirken soll. Wird ein Mittel inhaliert, muss der Wirkstoff in der Lunge zuerst die Hindernisse...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

International führende Informatiker in Paderborn

21.08.2017 | Veranstaltungen

Wissenschaftliche Grundlagen für eine erfolgreiche Klimapolitik

21.08.2017 | Veranstaltungen

DGI-Forum in Wittenberg: Fake News und Stimmungsmache im Netz

21.08.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Im Neptun regnet es Diamanten: Forscherteam enthüllt Innenleben kosmischer Eisgiganten

21.08.2017 | Physik Astronomie

Ein Holodeck für Fliegen, Fische und Mäuse

21.08.2017 | Biowissenschaften Chemie

Institut für Lufttransportsysteme der TUHH nimmt neuen Cockpitsimulator in Betrieb

21.08.2017 | Verkehr Logistik