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 Nose2Brain – Effizientere Therapie von Multipler Sklerose
26.04.2017 | Fraunhofer-Institut für Grenzflächen- und Bioverfahrenstechnik IGB

nachricht Nanoskopie auf dem Chip: Mikroskopie in HD-Qualität
25.04.2017 | Universität Bielefeld

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: Weltweit einzigartiger Windkanal im Leipziger Wolkenlabor hat Betrieb aufgenommen

Am Leibniz-Institut für Troposphärenforschung (TROPOS) ist am Dienstag eine weltweit einzigartige Anlage in Betrieb genommen worden, mit der die Einflüsse von Turbulenzen auf Wolkenprozesse unter präzise einstellbaren Versuchsbedingungen untersucht werden können. Der neue Windkanal ist Teil des Leipziger Wolkenlabors, in dem seit 2006 verschiedenste Wolkenprozesse simuliert werden. Unter Laborbedingungen wurden z.B. das Entstehen und Gefrieren von Wolken nachgestellt. Wie stark Luftverwirbelungen diese Prozesse beeinflussen, konnte bisher noch nicht untersucht werden. Deshalb entstand in den letzten Jahren eine ergänzende Anlage für rund eine Million Euro.

Die von dieser Anlage zu erwarteten neuen Erkenntnisse sind wichtig für das Verständnis von Wetter und Klima, wie etwa die Bildung von Niederschlag und die...

Im Focus: Nanoskopie auf dem Chip: Mikroskopie in HD-Qualität

Neue Erfindung der Universitäten Bielefeld und Tromsø (Norwegen)

Physiker der Universität Bielefeld und der norwegischen Universität Tromsø haben einen Chip entwickelt, der super-auflösende Lichtmikroskopie, auch...

Im Focus: Löschbare Tinte für den 3-D-Druck

Im 3-D-Druckverfahren durch Direktes Laserschreiben können Mikrometer-große Strukturen mit genau definierten Eigenschaften geschrieben werden. Forscher des Karlsruher Institus für Technologie (KIT) haben ein Verfahren entwickelt, durch das sich die 3-D-Tinte für die Drucker wieder ‚wegwischen‘ lässt. Die bis zu hundert Nanometer kleinen Strukturen lassen sich dadurch wiederholt auflösen und neu schreiben - ein Nanometer entspricht einem millionstel Millimeter. Die Entwicklung eröffnet der 3-D-Fertigungstechnik vielfältige neue Anwendungen, zum Beispiel in der Biologie oder Materialentwicklung.

Beim Direkten Laserschreiben erzeugt ein computergesteuerter, fokussierter Laserstrahl in einem Fotolack wie ein Stift die Struktur. „Eine Tinte zu entwickeln,...

Im Focus: Leichtbau serientauglich machen

Immer mehr Autobauer setzen auf Karosserieteile aus kohlenstofffaserverstärktem Kunststoff (CFK). Dennoch müssen Fertigungs- und Reparaturkosten weiter gesenkt werden, um CFK kostengünstig nutzbar zu machen. Das Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH) hat daher zusammen mit der Volkswagen AG und fünf weiteren Partnern im Projekt HolQueSt 3D Laserprozesse zum automatisierten Besäumen, Bohren und Reparieren von dreidimensionalen Bauteilen entwickelt.

Automatisiert ablaufende Bearbeitungsprozesse sind die Grundlage, um CFK-Bauteile endgültig in die Serienproduktion zu bringen. Ausgerichtet an einem...

Im Focus: Making lightweight construction suitable for series production

More and more automobile companies are focusing on body parts made of carbon fiber reinforced plastics (CFRP). However, manufacturing and repair costs must be further reduced in order to make CFRP more economical in use. Together with the Volkswagen AG and five other partners in the project HolQueSt 3D, the Laser Zentrum Hannover e.V. (LZH) has developed laser processes for the automatic trimming, drilling and repair of three-dimensional components.

Automated manufacturing processes are the basis for ultimately establishing the series production of CFRP components. In the project HolQueSt 3D, the LZH has...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

123. Internistenkongress: Wie digitale Technik die Patientenversorgung verändert

26.04.2017 | Veranstaltungen

„Microbiology and Infection“ - deutschlandweit größte Fachkonferenz in Würzburg

25.04.2017 | Veranstaltungen

Berührungslose Schichtdickenmessung in der Qualitätskontrolle

25.04.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Bestrahlung bei Hirntumoren? Eine neue, verlässlichere Einteilung erleichtert die Entscheidung

26.04.2017 | Medizin Gesundheit

Nose2Brain – Effizientere Therapie von Multipler Sklerose

26.04.2017 | Biowissenschaften Chemie

Bauübergabe der ALMA-Residencia

26.04.2017 | Architektur Bauwesen