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Richtiges Sehen will gelernt sein

03.05.2007
Neurobiologen der Universität Jena starten interdisziplinäres Kooperationsprojekt zum Sehenlernen

Nur etwa eine Handlänge weit, unscharf und verschwommen - so sehen neugeborene Babys ihre Umwelt. Dies liegt aber nicht an der Unvollkommenheit ihrer Augen sondern daran, dass ihr Gehirn die Sehreize noch nicht vollständig verarbeiten kann. "Während der ersten Lebensmonate durchläuft das visuelle System eine kritische Phase, in der visuelle Erfahrung Voraussetzung für die Ausbildung des Sehvermögens ist", weiß Prof. Dr. Siegrid Löwel von der Friedrich-Schiller-Universität Jena. Fehlen diese Erfahrungen, kann es zu irreversiblen Schäden bis hin zur Blindheit kommen. "Obwohl diese kritische Phase seit über 30 Jahren bekannt ist, sind die zugrunde liegenden neurobiologischen Mechanismen bis heute weitgehend unklar", erläutert die Professorin für Neurobiologie.

Genau diesen Mechanismen beim frühkindlichen Sehenlernen geht ein interdisziplinäres Forschungsprojekt nach, zu dem sich Wissenschaftler unter Prof. Löwels Federführung zusammengeschlossen haben. Gemeinsam mit PD Dr. Maxim Volgushev von der Ruhr-Universität Bochum und Dr. Fred Wolf vom Max-Planck-Institut für Dynamik und Selbstorganisation in Göttingen wollen die Jenaer Neurobiologen neue mathematische Konzepte in die Analyse von Lernvorgängen im Gehirn einbeziehen. Im Rahmen des "Nationalen Netzwerks Computational Neuroscience" (Bernstein-Kooperation) fördert das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) das Kooperationsprojekt in den kommenden drei Jahren mit insgesamt 750.000 Euro. Rund 275.000 Euro davon fließen an die Universität Jena.

In ihrem gemeinsamen Vorhaben werden die Neurowissenschaftler untersuchen, wie das Gehirn lernt, gesehene Szenen immer besser zu verarbeiten. "Unmittelbar nach der Geburt ist die Sehrinde des Gehirns noch nicht empfänglich für das Lernen durch visuelle Erfahrung", sagt Prof. Löwel. Erst ein bis zwei Wochen nach dem ersten Augenöffnen kann visuelle Erfahrung bewirken, dass die neuronalen Schaltkreise, die die Sehinformation in der Hirnrinde verarbeiten, umgebaut werden. "Wir wollen klären, warum die Fähigkeit zum Erfahrungslernen erst zu einem späteren Zeitpunkt eingeschaltet wird", so Prof. Löwel. Die Neurobiologin und ihre Kollegen vermuten, dass erst zu diesem Zeitpunkt die Kommunikation der Nervenzellen die erforderliche zeitliche Präzision erreicht. Um diese Vermutung zu prüfen, wollen die Forscher nun mathematische Modellierungen mit neuen Verfahren zur Charakterisierung der zeitlichen Präzision der Informationsverarbeitung einzelner Neurone kombinieren. Außerdem wollen sie die Sehleistung und Neuroplastizität messen.

Die Rolle der Probanden in den geplanten Untersuchungen übernehmen Labormäuse. Diese werden einem "Sehtest" unterworfen. "Dieser läuft ähnlich ab, wie ein Sehtest bei Menschen: Es wird ermittelt, wie klein die Details sein können, die gerade noch erkannt werden", erläutert Prof. Löwel. Bei den Mäusen wird dies mit Hilfe von Streifenmustern gemacht, die sich bewegen. Erkennen die Tiere die Muster, folgen sie ihnen mit dem Kopf. "Dabei werden sie mit einer Kamera beobachtet und so können wir ihr maximales Auflösungsvermögen im Verhaltenstest bestimmen", so Löwel.

Gleichzeitig schauen die Forscher den Mäusen beim Sehen ins Gehirn: Mit Hilfe eines speziellen bildgebenden Verfahrens, mit dem sich die Aktivität von Nervenzellen optisch ableiten lässt. Neben dem Labor von Prof. Löwel am Institut für Allgemeine Zoologie und Tierphysiologie der Jenaer Universität besitzen weltweit nur eine Handvoll Institute ein derartiges System, das Aktivitätsmuster des Gehirns mit sehr viel höherer Auflösung zeigt als z. B. ein Kernspintomograph.

Von den Untersuchungen erhoffen sich die Forscher neue Konzepte für die Diagnostik und Therapie von Störungen des zentralen Nervensystems.

Kontakt:
Prof. Dr. Siegrid Löwel
Institut für Allgemeine Zoologie und Tierphysiologie der Friedrich-Schiller-Universität Jena
Erbertstr. 1, 07743 Jena
Tel.: 03641 / 949131
E-Mail: siegrid.loewel[at]uni-jena.de

Dr. Ute Schönfelder | idw
Weitere Informationen:
http://www.uni-jena.de

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