Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Das Zusammenspiel der Sinne

06.06.2016

Forscher des Exzellenzclusters CITEC der Universität Bielefeld haben einen generellen Mechanismus entwickelt, der erklärt, wie das Gehirn es schafft, die Reize aller Sinneskanäle zusammenzuführen. Ihre Studie präsentieren die Forscher am heutigen Montag (06.06.2016) im Fachjournal „Nature Communications“.

Forschende des Exzellenzclusters CITEC beschreiben Mechanismus im menschlichen Gehirn/ Veröffentlichung in „Nature Communications“


In seinen Experimenten sollten Testpersonen zufällige Lichtblitze und Klickgeräusche beurteilen, um dahinter zu kommen, wie das Gehirn Sinnesreize verbindet.

Foto: CITEC/Universität Bielefeld

Pfeift der Schiedsrichter oder war es ein Störgeräusch aus dem Publikum? Diese mitunter spielentscheidende Wahrnehmungsfrage kann ein Fußballer wesentlich präziser beantworten, wenn er den Schiedsrichter nicht nur hört, sondern auch sieht. Aber woher weiß sein Gehirn bei der Unzahl von visuellen Eindrücken und Geräuschen, die in einem vollen Stadion herrschen, welche Sinnesinformationen zusammengehören?

Forscher des Exzellenzclusters CITEC der Universität Bielefeld haben einen generellen Mechanismus entwickelt, der erklärt, wie das Gehirn es schafft, die Reize aller Sinneskanäle zusammenzuführen. Ihre Studie präsentieren die Forscher am heutigen Montag (06.06.2016) im Fachjournal „Nature Communications“.

„Es ist eine grundlegende Fähigkeit, unseres Gehirns Informationen aller Sinneskanäle zu verwerten. So können wir unsere Umwelt möglichst robust und genau wahrnehmen“, sagt Dr. Cesare Parise von der Forschungsgruppe Kognitive Neurowissenschaften, die am Exzellenzclus-ter CITEC arbeitet. Parise, der ebenfalls am Max-Planck-Institut für biologische Kybernetik und als Wissenschaftler für Oculus VR Facebook tätig ist, ist Erstautor der neuen Studie. Verfasst hat er sie zusammen mit Professor Dr. Marc Ernst, der bis März 2016 an der Universität Bielefeld forschte.

„Wir werden ständig mit einer Fülle von multisensorischen Informationen überhäuft. Doch woher weiß unser Gehirn, welche Signale zueinander passen und daher kombiniert werden müssen? Das wollten wir herausfinden“, sagt der Wissenschaftler. „Multisensorische Integration“ nennt er die Fähigkeit des Gehirns, zu erkennen, ob und wie visuelle, akustische und weitere Sinnesreize zusammenhängen.

Eine Reihe von Knallkörpern in der Silvesternacht, die aufblitzen und knallen, oder eine Person in einer Menschenmenge, die uns anspricht – meist hat das Gehirn keinerlei Schwierigkeiten herauszufinden, welche Geräusche mit welchen visuellen Eindrücken zusammengehören. Bisher ist jedoch unklar, wie unser Gehirn diese scheinbar so einfache Aufgabe löst und die Bildeindrücke und Geräusche automatisch nur dann miteinander verknüpft, wenn sie tatsächlich zusammengehören.

„Eine solche Übereinstimmung herauszubekommen, ist kein triviales Problem für das Gehirn“, sagt Parise. „Die visuellen und akustischen Informationen kommen zwar vom gleichen Ereignis. Sie werden aber größtenteils in voneinander unabhängigen Nervenbahnen verarbeitet. Trotzdem können wir offensichtlich ohne große Anstrengung sagen, welche Signale zusammengehören.“

Um zu klären, wie das Gehirn diese Kombinationsaufgabe meistert, ließen sich Freiwillige in einem Wahrnehmungsexperiment testen. Darin beobachteten sie kurze Abfolgen mit zufälligen Klickgeräuschen und aufflackernden Lichtblitzen auf einem Monitor. Nach jeder Abfolge mussten sie angeben, ob Licht und Geräusch zusammengehörten und welches Signal zuerst vorkam.

Mit statistischen Analysen zeigten Ernst und Parise, dass die Antworten davon abhingen, ob die Signale zeitlich korrelierten, also einen ähnlichen zeitlichen Ablauf hatten. „Das ist eine wichtige Erkenntnis, denn sie beweist nicht nur, dass das Gehirn die zeitliche Wechselwirkung zwischen Geräusch und Licht nutzt, um festzustellen, ob sie miteinander verbunden sind“, sagt Professor Dr. Marc Ernst. „Sie führt auch zu der Frage: Wie stellt das Gehirn diese Beziehung zwischen den Sinnen fest?“

Um diese Frage zu beantworten, nutzen Parise und Ernst computergestützte Modellberech-nungen und Simulationen. Dabei identifizierten sie einen grundlegenden neuronalen Mecha-nismus, der die menschliche Wahrnehmung nachahmt. Die Forscher bezeichnen diesen Mechanismus als „Korrelationsdetektor für multisensorische Information“. Dieses „Suchgerät“ überwacht die Sinne und hält nach visuellen und akustischen Signalen Ausschau, die sich ähneln. Wenn die Reize einen ähnlichen zeitlichen Ablauf haben, folgert das Gehirn, dass sie zusammengehören und führt die Signale zusammen.

Ein Beispiel: Hört eine Person im Verkehrslärm Schritte auf der Straße, dann erfasst das Gehirn den zeitlichen Abstand zwischen dem Klacken der Schuhe. Wenn die Person schließlich den Spaziergänger erblickt, dann misst das Gehirn, in welchem Tempo die Person auftritt. „Aus den ähnlichen zeitlichen Abläufen folgert das Gehirn, ob zwei Signale tatsächlich vom selben Ereignis stammen“, sagt Parise.

„Verblüffenderweise gleicht dieser neu entdeckte Mechanismus den Bewegungsdetektoren im Gehirn von Insekten“, sagt der Experimentalpsychologe. „Hinzu kommt, dass er auch eine erstaunliche Verwandtschaft zu Mechanismen hat, die aus dem räumlichen Stereosehen oder dem räumlichen Stereohören bekannt sind – alles Wahrnehmungseigenschaften, bei der die Korrelation zwischen den einzelnen Signalen eine große Rolle spielt“

Mit weiteren Computersimulationen bewiesen Parise und Ernst die Allgemeingültigkeit des Mechanismus. Sie konnten mit demselben Mechanismus zahlreiche bereits veröffentlichter Daten und experimenteller Befunde zur multisensorischen Wahrnehmung aus Verhaltensexperimenten beim Menschen erklären. „Tatsächlich kam der Detektor in der Simulation zu den gleichen Ergebnissen wie die Menschen im Verhaltensexperiment “, sagt Parise, der für die Studie vom Bernstein Center for Computational Neuroscience Tübingen gefördert wurde.

„Das Ergebnis unserer Studie stellt einen Meilenstein für das Verständnis der menschlichen Wahrnehmung dar“, sagt Parise. „Sie präsentiert zum ersten Mal einen allgemeingültigen Mechanismus, der die vielen unterschiedlichen Befunde aus früheren Studien erklärt, in denen es um die Verarbeitung von multisensorischen Reizen ging.“ Laut Parise lässt sich diese Erkenntnis für zahlreiche praktische Anwendungen nutzen. „Zum Beispiel ergeben sich neue klinische Untersuchungsansätze, um neurologische Störungen wie Autismus-Spektrum-Störungen oder Lese-Rechtschreibstörungen besser zu verstehen. Hinzu kommt, dass sich unser Modell leicht in die Technik und auf Roboter übertragen lässt“, sagt Parise.

Originalveröffentlichung:
Cesare Parise, Marc Ernst: Correlation detection as a general mechanism for multisensory inte-gration. Nature Communications, http://dx.doi.org/10.1038/NCOMMS11543, erscheint am 6. Juni 2016

Weitere Informationen im Internet:
• Forschungsgruppe Kognitive Neurowissenschaften: http://www.uni-bielefeld.de/biologie/cns
• „Was vom Himmel tönt, klingt hoch (Pressemitteilung vom 8.04.2014): http://ekvv.uni-bielefeld.de/blog/pressemitteilungen/entry/was_vom_himmel_t%C3%B...
• „Wenn sich die eigene Hand wie Marmor anfühlt“ (Pressemitteilung vom 13.03.2014): http://ekvv.uni-bielefeld.de/blog/pressemitteilungen/entry/wenn_sich_die_eigene_...

Kontakt:
Dr. Cesare V. Parise, Universität Bielefeld
Exzellenzcluster Kognitive Interaktionstechnologie (CITEC)/ Fakultät für Biologie
Telefon: 0521 106-5703
E-Mail: cesare.parise@uni-bielefeld.de

Weitere Informationen:

http://ekvv.uni-bielefeld.de/blog/pressemitteilungen/entry/das_zusammenspiel_der...

Sandra Sieraad | idw - Informationsdienst Wissenschaft

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Der Türsteher im Gehirn
06.08.2020 | Institute of Science and Technology Austria

nachricht Peptide: Forschungs-Erfolg mit den kleinen Geschwistern der Proteine
06.08.2020 | Hochschule Coburg

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: Projektabschluss ScanCut: Filigranere Steckverbinder dank Laserschneiden

Eine entscheidende Ergänzung zum Stanzen von Kontakten erarbeiteten Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des Fraunhofer-Instituts für Lasertechnik ILT. Die Aachener haben im Rahmen des EFRE-Forschungsprojekts ScanCut zusammen mit Industriepartnern aus Nordrhein-Westfalen ein hybrides Fertigungsverfahren zum Laserschneiden von dünnwandigen Metallbändern entwickelt, wodurch auch winzige Details von Kontaktteilen umweltfreundlich, hochpräzise und effizient gefertigt werden können.

Sie sind unscheinbar und winzig, trotzdem steht und fällt der Einsatz eines modernen Fahrzeugs mit ihnen: Die Rede ist von mehreren Tausend Steckverbindern im...

Im Focus: ScanCut project completed: laser cutting enables more intricate plug connector designs

Scientists at the Fraunhofer Institute for Laser Technology ILT have come up with a striking new addition to contact stamping technologies in the ERDF research project ScanCut. In collaboration with industry partners from North Rhine-Westphalia, the Aachen-based team of researchers developed a hybrid manufacturing process for the laser cutting of thin-walled metal strips. This new process makes it possible to fabricate even the tiniest details of contact parts in an eco-friendly, high-precision and efficient manner.

Plug connectors are tiny and, at first glance, unremarkable – yet modern vehicles would be unable to function without them. Several thousand plug connectors...

Im Focus: Elektrogesponnene Vliese mit gerichteten Fasern für die Sehnen- und Bänderrekostruktion

Sportunfälle und der demografische Wandel sorgen für eine gesteigerte Nachfrage an neuen Möglichkeiten zur Regeneration von Bändern und Sehnen. Eine Kooperation aus italienischen und deutschen Wissenschaftler*innen forschen gemeinsam an neuen Materialien, um dieser Nachfrage gerecht zu werden.

Dem Team ist es gelungen elektrogesponnene Vliese mit hochgerichteten Fasern zu generieren, die eine geeignete Basis für Ersatzmaterialien für Sehnen und...

Im Focus: New Strategy Against Osteoporosis

An international research team has found a new approach that may be able to reduce bone loss in osteoporosis and maintain bone health.

Osteoporosis is the most common age-related bone disease which affects hundreds of millions of individuals worldwide. It is estimated that one in three women...

Im Focus: Neue Strategie gegen Osteoporose

Ein internationales Forschungsteam hat einen neuen Ansatzpunkt gefunden, über den man möglicherweise den Knochenabbau bei Osteoporose verringern und die Knochengesundheit erhalten kann.

Die Osteoporose ist die häufigste altersbedingte Knochenkrankheit. Weltweit sind hunderte Millionen Menschen davon betroffen. Es wird geschätzt, dass eine von...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

Innovationstage 2020 – digital

06.08.2020 | Veranstaltungen

Innovationen der Luftfracht: 5. Air Cargo Conference real und digital

04.08.2020 | Veranstaltungen

T-Shirts aus Holz, Möbel aus Popcorn – wie nachwachsende Rohstoffe fossile Ressourcen ersetzen können

30.07.2020 | Veranstaltungen

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

Der Türsteher im Gehirn

06.08.2020 | Biowissenschaften Chemie

Kognitive Energiesysteme: Neues Kompetenzzentrum sucht Partner aus Wissenschaft und Wirtschaft

06.08.2020 | Energie und Elektrotechnik

Projektabschluss ScanCut: Filigranere Steckverbinder dank Laserschneiden

06.08.2020 | Verfahrenstechnologie

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