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 Zebrafische reparieren ihr Herz dank spezieller Zellen
23.10.2019 | Universität Bern

nachricht Chemikern der Universität Münster gelingt Herstellung neuartiger Lewis-Supersäuren auf Phosphor-Basis
22.10.2019 | Westfälische Wilhelms-Universität Münster

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: Hohlraum vermittelt starke Wechselwirkung zwischen Licht und Materie

Forschern ist es gelungen, mithilfe eines mikroskopischen Hohlraumes eine effiziente quantenmechanische Licht-Materie-Schnittstelle zu schaffen. Darin wird ein einzelnes Photon bis zu zehn Mal von einem künstlichen Atom ausgesandt und wieder absorbiert. Das eröffnet neue Perspektiven für die Quantentechnologie, berichten Physiker der Universität Basel und der Ruhr-Universität Bochum in der Zeitschrift «Nature».

Die Quantenphysik beschreibt Photonen als Lichtteilchen. Will man ein einzelnes Photon mit einem einzelnen Atom interagieren lassen, stellt dies aufgrund der...

Im Focus: A cavity leads to a strong interaction between light and matter

Researchers have succeeded in creating an efficient quantum-mechanical light-matter interface using a microscopic cavity. Within this cavity, a single photon is emitted and absorbed up to 10 times by an artificial atom. This opens up new prospects for quantum technology, report physicists at the University of Basel and Ruhr-University Bochum in the journal Nature.

Quantum physics describes photons as light particles. Achieving an interaction between a single photon and a single atom is a huge challenge due to the tiny...

Im Focus: Freiburger Forschenden gelingt die erste Synthese eines kationischen Tetraederclusters in Lösung

Hauptgruppenatome kommen oft in kleinen Clustern vor, die neutral, negativ oder positiv geladen sein können. Das bekannteste neutrale sogenannte Tetraedercluster ist der weiße Phosphor (P4), aber darüber hinaus sind weitere Tetraeder als Substanz isolierbar. Es handelt sich um Moleküle aus vier Atomen, deren räumliche Anordnung einem Tetraeder aus gleichseitigen Dreiecken entspricht. Bisher waren neben mindestens sechs neutralen Versionen wie As4 oder AsP3 eine Vielzahl von negativ geladenen Tetraedern wie In2Sb22– bekannt, jedoch keine kationischen, also positiv geladenen Varianten.

Ein Team um Prof. Dr. Ingo Krossing vom Institut für Anorganische und Analytische Chemie der Universität Freiburg ist es gelungen, diese positiv geladenen...

Im Focus: Die schnellste Ameise der Welt - Wüstenflitzer haben kurze Beine, aber eine perfekte Koordination

Silberameisen gelten als schnellste Ameisen der Welt - obwohl ihre Beine verhältnismäßig kurz sind. Daher haben Forschende der Universität Ulm den besonderen Laufstil dieses "Wüstenflitzers" auf einer Ameisen-Rennstrecke ergründet. Veröffentlicht wurde diese Entdeckung jüngst im „Journal of Experimental Biology“.

Sie geht auf Nahrungssuche, wenn andere Siesta halten: Die saharische Silberameise macht vor allem in der Mittagshitze der Sahara und in den Wüsten der...

Im Focus: Fraunhofer FHR zeigt kontaktlose, zerstörungsfreie Qualitätskontrolle von Kunststoffprodukten auf der K 2019

Auf der K 2019, der Weltleitmesse für die Kunststoff- und Kautschukindustrie vom 16.-23. Oktober in Düsseldorf, demonstriert das Fraunhofer-Institut für Hochfrequenzphysik und Radartechnik FHR das breite Anwendungsspektrum des von ihm entwickelten Millimeterwellen-Scanners SAMMI® im Kunststoffbereich. Im Rahmen des Messeauftritts führen die Wissenschaftler die vielseitigen Möglichkeiten der Millimeterwellentechnologie zur kontaktlosen, zerstörungsfreien Prüfung von Kunststoffprodukten vor.

Millimeterwellen sind in der Lage, nicht leitende, sogenannte dielektrische Materialien zu durchdringen. Damit eigen sie sich in besonderem Maße zum Einsatz in...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

VideoLinks
Industrie & Wirtschaft
Veranstaltungen

13. Aachener Technologie- und Innovationsmanagement-Tagung – »Collaborate to Innovate: Making the Net Work«

22.10.2019 | Veranstaltungen

Serienfertigung von XXL-Produkten: Expertentreffen in Hannover

22.10.2019 | Veranstaltungen

Digitales-Krankenhaus – wo bleibt der Mensch?

21.10.2019 | Veranstaltungen

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

Zebrafische reparieren ihr Herz dank spezieller Zellen

23.10.2019 | Biowissenschaften Chemie

Abbau von Magnesiumlegierung auf der Nanoskala beobachtet

23.10.2019 | Materialwissenschaften

Physiker der Saar-Uni wollen neuartige Mikroelektronik entwickeln

23.10.2019 | Physik Astronomie

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