Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Einzelneuronen als Wahrnehmungsspeicher

18.01.2002


Tübinger Max-Planck-Forscher entdecken, dass unsere Wahrnehmung von Unterscheidungsmerkmalen durch einzelne Neuronen gesteuert wird

Wahrnehmen will gelernt sein. Der Mensch erkennt seine Umwelt, macht über seine Wahrnehmung Erfahrungen und diese Erfahrungen bestimmen wiederum seine Wahrnehmung. Diese Erkenntnisse sind nicht neu. Hirnforscher fragen sich vielmehr, wie unterschiedliche Informationen im Gehirn integriert und nach welchen Prinzipien wahrgenommene Objekte im Gehirn repräsentiert werden. Tübinger Wissenschaftler am Max-Planck-Institut für biologische Kybernetik konnten jetzt erstmals experimentell nachweisen, dass einzelne Nervenzellen im Gehirn für die Steuerung unserer Wahrnehmung durch Vorwissen verantwortlich sind. Sie berichten über ihre Ergebnisse in der neuesten Ausgabe der Fachzeitschrift "nature" (17. Januar 2002).

Wie wir Objekte wahrnehmen, hängt von den Erfahrungen ab, die wir bereits mit ihnen gemacht haben. Was für den einen nichts anderes als ein "Vogel", ist für Ornithologen ganz offensichtlich eine Amsel, eine Drossel, ein Fink oder ein Star. Das Fach- oder Expertenwissen schärft unsere Fähigkeit, auf Details zu achten. Je mehr wir über Objekte gelernt haben, je vertrauter sie uns sind, desto mehr Details erkennen wir.

Eine Forschergruppe am Max-Planck-Institut für biologische Kybernetik in Tübingen hat nun untersucht, was im Gehirn genau vor sich geht, wenn wir uns mit Objekten vertraut machen. Dazu brachten die Forscher einigen Rhesusaffen bei, Objekte nach bestimmten Eigenschaften einzelnen Kategorien zuzuordnen. Affen sind Meister bei einer Vielzahl visueller Unterscheidungsaufgaben und ihr Gehirn funktioniert beim Sehen sehr ähnlich wie das des Menschen. Sie sind somit ideale Kandidaten für derartige Studien.

Waren nun die Tübinger Rhesusaffen "bei der Arbeit", beobachteten die Wissenschaftler die Aktivität von Neuronen in einem ganz speziellen Gehirnbereich, dem "inferior temporal cortex"(ITC), von dem man heute weiß, dass er für die Objekterkennung zuständig ist. Die Grundfrage der Forscher lautete: Wie wirkt sich nun ein spezielles Trainingsprogramm zur Kategorisierung von Objekten darauf aus, wie diese konkret im Gehirn repräsentiert werden? Dazu zeigten die Forscher den Affen hintereinander eine Serie von Strichzeichnungen mit Gesichtern (oder anderen Objekten wie Fischen) auf einem Computerbildschirm. Die Gesichter beispielsweise bestanden aus dem Umriss des Kopfes und insgesamt vier variablen Merkmalen: der Höhe der Augen, dem Augenabstand, der Länge der Nase und der Höhe des Mundes. Jedes dieser Merkmale konnte in drei verschiedenen Varianten vorliegen; die Nase konnte also beispielsweise kurz, mittellang oder lang sein. Die Affen wurden nun darauf trainiert, zwei Arten von Gesichtern zu unterscheiden: In der einen Kategorie hatten alle gezeigten Gesichter eine niedrige Augenhöhe und einen großen Augenabstand, in der anderen eine hohe Augenhöhe und einen kleinen Augenabstand. Die beiden Merkmale "Augenabstand" und "Augenhöhe" dienten also der Festlegung der Kategorien. Die anderen beiden Merkmale, also Nasenlänge und Mundhöhe, variierten bei allen Gesichtern nach dem Zufallsprinzip, waren also für die Einteilung in die Kategorien irrelevant (s. Abbildung).

Bei diesen Tests stellten die Max-Planck-Wissenschaftler fest, dass tatsächlich einzelne Neuronen im besagten Hirnbereich auf die beiden Merkmale "Augenhöhe" und "Augenabstand" reagierten. Die Aktivität dieser Neurone war deutlich stärker, wenn diese beiden "relevanten" Merkmale den zu der Kategorie passenden Wert hatten. Die spezialisierten Neuronen hatten also "gelernt", die beiden Kategorien zu unterscheiden. Die beiden anderen Merkmale "Nasenlänge" und "Mundhöhe" ließen diese Neuronen kalt. Die besagten Neuronen repräsentieren also nicht nur das Vorhandensein eines bestimmten Objekts oder eines bestimmten Merkmals. Sie tragen vielmehr ganz detaillierte Informationen über jene Merkmale, die für die beiden Kategorien entscheidend sind.

Darüber hinaus konnten die Tübinger Wissenschaftler zeigen, dass die Affenhirne diese in dem Versuch gelernten Merkmale auch wirklich zur Objekterkennung verwenden. In der Tat waren die Tiere nach dem Training in der Lage, Gesichter mit den gelernten Merkmalen einander zuzuordnen.

Aus ihren Arbeiten folgern die Tübinger Hirnforscher, dass es offensichtlich einzelne Neuronen gibt, die die Empfindlichkeit der Wahrnehmung schärfen, wenn sie in einem bestimmten Kontext trainiert werden. Dieses erlernte "Schubladendenken", also das Einteilen der Welt nach gelernten Kategorien, ist letztlich dafür verantwortlich, wie wir unsere visuell wahrgenommene Umwelt im Gehirn kodieren und diese Wahrnehmung dann interpretieren.

Prof. Dr. Nikos Logothetis | Presseinformation
Weitere Informationen:
http://www.mpg.de/index.html

Weitere Berichte zu: Augenabstand Neuron Wahrnehmung

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Interdisziplinäre Forschung:

nachricht Forschende der Uni Kiel entwickeln extrem empfindliches Sensorsystem für Magnetfelder
15.02.2018 | Christian-Albrechts-Universität zu Kiel

nachricht Getarntes Virus für die Gentherapie von Krebs
31.01.2018 | Universität Zürich

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Interdisziplinäre Forschung >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

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

Im Focus: Innovation im Leichtbaubereich: Belastbares Sandwich aus Aramid und Carbon

Die Entwicklung von Leichtbaustrukturen ist eines der zentralen Zukunftsthemen unserer Gesellschaft. Besonders in der Luftfahrtindustrie und in anderen Transportbereichen sind Leichtbaustrukturen gefragt. Sie ermöglichen Energieeinsparungen und reduzieren den Ressourcenverbrauch bei Treibstoffen und Material. Zum Einsatz kommen dabei Verbundmaterialien in der so genannten Sandwich-Bauweise. Diese bestehen aus zwei dünnen, steifen und hochfesten Deckschichten mit einer dazwischen liegenden dicken, vergleichsweise leichten und weichen Mittelschicht, dem Sandwich-Kern.

Aramidpapier ist ein etabliertes Material für solche Sandwichkerne. Sein mechanisches Strukturversagen ist jedoch noch unzureichend erforscht: Bislang fehlten...

Im Focus: Die Brücke, die sich dehnen kann

Brücken verformen sich, daher baut man normalerweise Dehnfugen ein. An der TU Wien wurde eine Technik entwickelt, die ohne Fugen auskommt und dadurch viel Geld und Aufwand spart.

Wer im Auto mit flottem Tempo über eine Brücke fährt, spürt es sofort: Meist rumpelt man am Anfang und am Ende der Brücke über eine Dehnfuge, die dort...

Im Focus: Eine Frage der Dynamik

Die meisten Ionenkanäle lassen nur eine ganz bestimmte Sorte von Ionen passieren, zum Beispiel Natrium- oder Kaliumionen. Daneben gibt es jedoch eine Reihe von Kanälen, die für beide Ionensorten durchlässig sind. Wie den Eiweißmolekülen das gelingt, hat jetzt ein Team um die Wissenschaftlerin Han Sun (FMP) und die Arbeitsgruppe von Adam Lange (FMP) herausgefunden. Solche nicht-selektiven Kanäle besäßen anders als die selektiven eine dynamische Struktur ihres Selektivitätsfilters, berichten die FMP-Forscher im Fachblatt Nature Communications. Dieser Filter könne zwei unterschiedliche Formen ausbilden, die jeweils nur eine der beiden Ionensorten passieren lassen.

Ionenkanäle sind für den Organismus von herausragender Bedeutung. Wenn zum Beispiel Sinnesreize wahrgenommen, ans Gehirn weitergeleitet und dort verarbeitet...

Im Focus: In best circles: First integrated circuit from self-assembled polymer

For the first time, a team of researchers at the Max-Planck Institute (MPI) for Polymer Research in Mainz, Germany, has succeeded in making an integrated circuit (IC) from just a monolayer of a semiconducting polymer via a bottom-up, self-assembly approach.

In the self-assembly process, the semiconducting polymer arranges itself into an ordered monolayer in a transistor. The transistors are binary switches used...

Im Focus: Erste integrierte Schaltkreise (IC) aus Plastik

Erstmals ist es einem Forscherteam am Max-Planck-Institut (MPI) für Polymerforschung in Mainz gelungen, einen integrierten Schaltkreis (IC) aus einer monomolekularen Schicht eines Halbleiterpolymers herzustellen. Dies erfolgte in einem sogenannten Bottom-Up-Ansatz durch einen selbstanordnenden Aufbau.

In diesem selbstanordnenden Aufbauprozess ordnen sich die Halbleiterpolymere als geordnete monomolekulare Schicht in einem Transistor an. Transistoren sind...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen - April 2018

21.02.2018 | Veranstaltungen

Tag der Seltenen Erkrankungen – Deutsche Leberstiftung informiert über seltene Lebererkrankungen

21.02.2018 | Veranstaltungen

Digitalisierung auf dem Prüfstand: Hochkarätige Konferenz zu Empowerment in der agilen Arbeitswelt

20.02.2018 | Veranstaltungen

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

DFG unterstützt Kongresse und Tagungen - April 2018

21.02.2018 | Veranstaltungsnachrichten

Tag der Seltenen Erkrankungen – Deutsche Leberstiftung informiert über seltene Lebererkrankungen

21.02.2018 | Veranstaltungsnachrichten

Eva Luise Köhler Forschungspreis für Seltene Erkrankungen 2018 für Tübinger Neurowissenschaftler

21.02.2018 | Förderungen Preise

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