Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Wie erkennt das Gehirn Gesichter?

17.06.2015

Nur wenn Vorhersagen bei der Gesichtserkennung falsch sind, schalten sich obere Hirnregionen ein. Wissenschaftler der Goethe-Universität haben jetzt bestätigt, dass Hirnwellen, die an obere Hirnregionen gesandt werden, im Falle eines Vorhersagefehlers verstärkt sind. Diese Ergebnisse versprechen auch ein besseres Verständnis der psychischen Erkrankungen Schizophrenie und der Autismus-Spektrum-Störung.

Unser Gehirn erkennt in Millisekunden Objekte, sogar, wenn es nur rudimentäre optische Informationen erhält. Forscher vermuten, dass die verlässliche und schnelle Erkennung gelingt, indem das Gehirn ständig Vorhersagen über Objekte im Gesichtsfeld trifft und diese mit den hereinkommenden Informationen abgleicht.

Nur wenn dabei Fehler auftreten, müssen höhere Hirnregionen benachrichtigt werden, um aktiv ihre Vorhersagen anzupassen. Wissenschaftler der Goethe-Universität haben diese Vermutung jetzt bestätigt.

Wie sie in der aktuellen Ausgabe des „Journal of Neuroscience“ berichten, haben sie im Falle eines Vorhersagefehlers die Verstärkung von solchen Hirnwellen identifiziert, die an höhere Hirnareale gesendet werden. Diese Ergebnisse versprechen auch ein besseres Verständnis der psychischen Erkrankungen Schizophrenie und der Autismus-Spektrum-Störung.

Um Vorhersagefehler bei ihren Probanden zu provozieren, zeigten die Forscher ihnen sogenannte Mooney Gesichter, benannt nach ihrem Erfinder Craig Mooney. Das sind Fotos von Gesichtern, die ganz auf schwarze und weiße Flächen reduziert sind.

Diese erkennen wir meist mühelos. Wir können sogar Angaben über Geschlecht, Alter und Gesichtsausdruck machen – obwohl lediglich der Verlauf der schwarz-weißen Grenze ein wenig Information über das Gesicht enthält. Und selbst diese minimale Information ist zweideutig, denn die Grenzen stellen entweder Übergänge zwischen Licht und Schatten dar oder sie begrenzen das Objekt selbst.

„In unserer Studie benutzten wir Mooney Gesichter, die gezielt zwei Erwartungen enttäuschten: erstens, dass wir Gesichter immer aufrecht sehen, und zweitens, dass Licht von oben einfällt. Dadurch hat sich die Gesichtserkennungs-Leistung deutlich verschlechtert und verlangsamt“, erklärt Prof. Michael Wibral vom Brain Imaging Center der Goethe-Universität.

Was passiert in diesem Fall im Gehirn? Eine aktuelle Theorie, die „Predictive Coding“-Theorie, besagt, dass Signale nur zur Verarbeitung in höhere Hirnregionen gesendet werden müssen, wenn Vorhersagen nicht erfüllt sind. Es müssten also verstärkte Signale in Richtung höherer Hirnregionen auftreten. Es gibt jedoch auch konkurrierende Theorien, die genau das Gegenteil vorhersagen.

Ein direkter Test der Theorie wurde erst kürzlich möglich, als Frankfurter Wissenschaftler vom Strüngmann-Institut entdeckten, dass Hirnwellen mit etwa 90 Schwingungen pro Sekunde bevorzugt auftreten, wenn höhere Areale des Gehirns adressiert werden.

„Wenn ein Vorhersagefehler provoziert wird, indem wir Bilder erzeugen, die lebenslang gelernten visuellen Alltagswahrheiten widersprechen, sollten wir die fehlerspezifischen Hirnwellen mit etwa 90 Schwingungen pro Sekunde vermehrt sehen. Das konnten wir experimentell bestätigen“, erklärt Wibral.

„Schließlich konnten wir auch zeigen, dass die ‚Fehlerhirnwellen‘ umso stärker sind, je langsamer das Erkennen ist. Dies zeigt, dass diese Hirnwellen nicht nur eine Korrektur einleiten, sondern ursächlich an unserer Wahrnehmung beteiligt sind”, so Wibral weiter.

Die Ergebnisse sind bedeutsam, weil gerade diese Hirnwellen auch bei Patienten mit Schizophrenie und Autismus Spektrum Störung deutlich beeinträchtigt erscheinen. Das haben Messungen der vergangenen Jahre im Labor des Frankfurter Brain Imaging Centers gezeigt. Die Forscher erhoffen sich nun, beide Erkrankungen besser zu verstehen und Möglichkeiten zu finden, Patienten dabei zu helfen, ihre fehlerhaften Vorhersagen besser anzupassen.

Publikation:
Alla Brodski, Georg-Friedrich Paasch, Saskia Helbling, and Michael Wibral: The Faces of Predictive Coding, in: Journal of Neuroscience, 17 Juni 2015 • 35(24):8997–9006 • 8997, DOI: 10.1523/JNEUROSCI.1529-14.2015;

Ein Bild zum Download finden Sie hier: http://www.uni-frankfurt.de/56080403

Bildtext: Bei der Gesichtserkennung geht das Gehirn davon aus, dass der Lichteinfall von oben kommt und das Gesicht aufrecht ist (UPTP). Diese Erwartungen haben die Forscher enttäuscht durch Lichteinfall von unten (UPBT), einen invertierten Kopf (INTP) und ein invertiertes Bild mit Lichteinfall von unten (INBT). Das letzte Bild ist ein Kontroll-Stimulus, in dem die Gesichtselemente verschoben wurden.

Informationen: Prof. Michael Wibral, MEG Labor, Brain Imaging Center, Klinikum der Goethe Universität, Tel.: (069) 6301 83193, wibral[at]bic.uni-frankfurt.de.

Die Goethe-Universität ist eine forschungsstarke Hochschule in der europäischen Finanzmetropole Frankfurt. 1914 gegründet mit rein privaten Mitteln von freiheitlich orientierten Frankfurter Bürgerinnen und Bürgern fühlt sie sich als Bürgeruniversität bis heute dem Motto "Wissenschaft für die Gesellschaft" in Forschung und Lehre verpflichtet. Viele der Frauen und Männer der ersten Stunde waren jüdische Stifter. In den letzten 100 Jahren hat die Goethe-Universität Pionierleistungen erbracht auf den Feldern der Sozial-, Gesellschafts- und Wirtschaftswissenschaften, Chemie, Quantenphysik, Hirnforschung und Arbeitsrecht. Am 1. Januar 2008 gewann sie mit der Rückkehr zu ihren historischen Wurzeln als Stiftungsuniversität ein einzigartiges Maß an Eigenständigkeit. Heute ist sie eine der zehn drittmittelstärksten und drei größten Universitäten Deutschlands mit drei Exzellenzclustern in Medizin, Lebenswissenschaften sowie Geisteswissenschaften."

Herausgeber: Die Präsidentin
Abteilung Marketing und Kommunikation,
60629 Frankfurt am Main
Redaktion: Dr. Anne Hardy, Referentin für Wissenschaftskommunikation Theodor-W.-Adorno-Platz 1, 60323 Frankfurt am Main Telefon (069) 798 – 1 24 98, Telefax (069) 798 – 763 12531, E-Mail hardy@pvw.uni-frankfurt.de
Internet: www.uni-frankfurt.de 

Dr. Anne Hardy | idw - Informationsdienst Wissenschaft

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht „Flora Incognita“ – Pflanzenbestimmung mit dem Smartphone
15.12.2017 | Technische Universität Ilmenau

nachricht Schlafverlust wirkt sich bei Frauen und Männern unterschiedlich auf die Aktivität von DPP-4 aus
15.12.2017 | Deutsches Zentrum für Diabetesforschung

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: Immunsystem - Blutplättchen können mehr als bislang bekannt

LMU-Mediziner zeigen eine wichtige Funktion von Blutplättchen auf: Sie bewegen sich aktiv und interagieren mit Erregern.

Die aktive Rolle von Blutplättchen bei der Immunabwehr wurde bislang unterschätzt: Sie übernehmen mehr Funktionen als bekannt war. Das zeigt eine Studie von...

Im Focus: Nanostrukturen steuern Wärmetransport: Bayreuther Forscher entdecken Verfahren zur Wärmeregulierung

Der Forschergruppe von Prof. Dr. Markus Retsch an der Universität Bayreuth ist es erstmals gelungen, die von der Temperatur abhängige Wärmeleitfähigkeit mit Hilfe von polymeren Materialien präzise zu steuern. In der Zeitschrift Science Advances werden diese fortschrittlichen, zunächst für Laboruntersuchungen hergestellten Funktionsmaterialien beschrieben. Die hiermit gewonnenen Erkenntnisse sind von großer Relevanz für die Entwicklung neuer Konzepte zur Wärmedämmung.

Von Schmetterlingsflügeln zu neuen Funktionsmaterialien

Im Focus: Lange Speicherung photonischer Quantenbits für globale Teleportation

Wissenschaftler am Max-Planck-Institut für Quantenoptik erreichen mit neuer Speichertechnik für photonische Quantenbits Kohärenzzeiten, welche die weltweite...

Im Focus: Long-lived storage of a photonic qubit for worldwide teleportation

MPQ scientists achieve long storage times for photonic quantum bits which break the lower bound for direct teleportation in a global quantum network.

Concerning the development of quantum memories for the realization of global quantum networks, scientists of the Quantum Dynamics Division led by Professor...

Im Focus: Electromagnetic water cloak eliminates drag and wake

Detailed calculations show water cloaks are feasible with today's technology

Researchers have developed a water cloaking concept based on electromagnetic forces that could eliminate an object's wake, greatly reducing its drag while...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Die Stadt der Zukunft nachhaltig(er) gestalten: inter 3 stellt Projekte auf Konferenz vor

15.12.2017 | Veranstaltungen

Mit allen Sinnen! - Sensoren im Automobil

14.12.2017 | Veranstaltungen

Materialinnovationen 2018 – Werkstoff- und Materialforschungskonferenz des BMBF

13.12.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Die Stadt der Zukunft nachhaltig(er) gestalten: inter 3 stellt Projekte auf Konferenz vor

15.12.2017 | Veranstaltungsnachrichten

Was für IT-Manager jetzt wichtig ist

14.12.2017 | Unternehmensmeldung

30 Baufritz-Läufer beim 25. Erkheimer Nikolaus-Straßenlauf

14.12.2017 | Unternehmensmeldung