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 Speiseröhrenkrebs einfacher erkennen
06.03.2017 | Helmholtz Zentrum München - Deutsches Forschungszentrum für Gesundheit und Umwelt

nachricht Neues Labor für die Aufbautechnik von ultradünnen Mikrosystemen
21.02.2017 | Hahn-Schickard

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: Fliegende Intensivstationen: Ultraschallgeräte in Rettungshubschraubern können Leben retten

Etwa 21 Millionen Menschen treffen jährlich in deutschen Notaufnahmen ein. Im Kampf zwischen Leben und Tod zählt für diese Patienten jede Minute. Wenn sie schon kurz nach dem Unfall zielgerichtet behandelt werden können, verbessern sich ihre Überlebenschancen erheblich. Damit Notfallmediziner in solchen Fällen schnell die richtige Diagnose stellen können, kommen in den Rettungshubschraubern der DRF Luftrettung und zunehmend auch in Notarzteinsatzfahrzeugen mobile Ultraschallgeräte zum Einsatz. Experten der Deutschen Gesellschaft für Ultraschall in der Medizin e.V. (DEGUM) schulen die Notärzte und Rettungsassistenten.

Mit mobilen Ultraschallgeräten können Notärzte beispielsweise innere Blutungen direkt am Unfallort identifizieren und sie bei Bedarf auch für Untersuchungen im...

Im Focus: Gigantische Magnetfelder im Universum

Astronomen aus Bonn und Tautenburg in Thüringen beobachteten mit dem 100-m-Radioteleskop Effelsberg Galaxienhaufen, das sind Ansammlungen von Sternsystemen, heißem Gas und geladenen Teilchen. An den Rändern dieser Galaxienhaufen fanden sie außergewöhnlich geordnete Magnetfelder, die sich über viele Millionen Lichtjahre erstrecken. Sie stellen die größten bekannten Magnetfelder im Universum dar.

Die Ergebnisse werden am 22. März in der Fachzeitschrift „Astronomy & Astrophysics“ veröffentlicht.

Galaxienhaufen sind die größten gravitativ gebundenen Strukturen im Universum, mit einer Ausdehnung von etwa zehn Millionen Lichtjahren. Im Vergleich dazu ist...

Im Focus: Giant Magnetic Fields in the Universe

Astronomers from Bonn and Tautenburg in Thuringia (Germany) used the 100-m radio telescope at Effelsberg to observe several galaxy clusters. At the edges of these large accumulations of dark matter, stellar systems (galaxies), hot gas, and charged particles, they found magnetic fields that are exceptionally ordered over distances of many million light years. This makes them the most extended magnetic fields in the universe known so far.

The results will be published on March 22 in the journal „Astronomy & Astrophysics“.

Galaxy clusters are the largest gravitationally bound structures in the universe. With a typical extent of about 10 million light years, i.e. 100 times the...

Im Focus: Auf der Spur des linearen Ubiquitins

Eine neue Methode ermöglicht es, den Geheimcode linearer Ubiquitin-Ketten zu entschlüsseln. Forscher der Goethe-Universität berichten darüber in der aktuellen Ausgabe von "nature methods", zusammen mit Partnern der Universität Tübingen, der Queen Mary University und des Francis Crick Institute in London.

Ubiquitin ist ein kleines Molekül, das im Körper an andere Proteine angehängt wird und so deren Funktion kontrollieren und verändern kann. Die Anheftung...

Im Focus: Tracing down linear ubiquitination

Researchers at the Goethe University Frankfurt, together with partners from the University of Tübingen in Germany and Queen Mary University as well as Francis Crick Institute from London (UK) have developed a novel technology to decipher the secret ubiquitin code.

Ubiquitin is a small protein that can be linked to other cellular proteins, thereby controlling and modulating their functions. The attachment occurs in many...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

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

Lebenswichtige Lebensmittelchemie

23.03.2017 | Veranstaltungen

Die „Panama Papers“ aus Programmierersicht

22.03.2017 | Veranstaltungen

Über Raum, Zeit und Materie

22.03.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Besser lernen dank Zink?

23.03.2017 | Biowissenschaften Chemie

Lebenswichtige Lebensmittelchemie

23.03.2017 | Veranstaltungsnachrichten

Innenraum-Ortung für dynamische Umgebungen

23.03.2017 | Architektur Bauwesen