Blicksteuerung und visuelles System

Die Neurowissenschaftler Tao Yao, Stefan Treue und Suresh Krishna vom Deutschen Primatenzentrum in Göttingen haben untersucht, welche Mechanismen im Gehirn dafür sorgen, dass wir trotz ständiger Augenbewegungen eine stabile Welt wahrnehmen und die Position wichtiger Objekte auch ohne direkten Blickkontakt verfolgen können. Ihre Studie an Rhesusaffen zeigt, dass das Gehirn wichtige Objekte „markiert“ und die Position dieser Markierungen immer wieder aktualisiert, wenn die Blickrichtung zu einem neuen Punkt springt. Da die Blicksteuerung und das visuelle System von Menschen und Affen sich sehr ähneln, lassen die Ergebnisse Rückschlüsse auf solche Prozesse im menschlichen Gehirn zu. Damit könnte diese Studie dazu beitragen, Fehlfunktionen, wie sie bei Schizophrenie, visuellem Neglect und anderen Aufmerksamkeitsstörungen auftreten, besser zu verstehen (PLOS Biology).

Der Ball fliegt von Spieler zu Spieler, schließlich landet er im Korb. Es gelingt uns problemlos, die Position des Basketballs zu verfolgen, auch während unser Blick zwischen den Mitspielern hin und her springt. Unbewusst machen wir zwei bis drei schnelle Augenbewegungen pro Sekunde. Um besonders scharf sehen zu können, muss das in das Auge eintretende Licht auf die Mitte der Netzhaut treffen. Es ist also hilfreich, die Augen zu bewegen, um interessante Objekte in die Mitte des Sehfeldes zu bekommen. In der Netzhaut wird das Licht dann in Nervenimpulse umgewandelt, die weiter ins Gehirn geleitet und dort verarbeitet werden.

Da das Auge ähnlich wie eine Kamera funktioniert, verschiebt jede Augen- oder Kopfbewegung das Bild unserer Umwelt auf der Netzhaut: Einmal fixieren wir den Ball, das nächste Mal den rechten Spieler, dann den linken. Trotzdem nehmen wir statt einer hin und her springenden Szene eine stabile Umwelt war und können außerdem noch die Position einzelner wichtiger Objekte verfolgen, ohne sie direkt ansehen zu müssen. Wir setzen die einzelnen Bilder offensichtlich zu einem sinnvollen Gesamtbild zusammen und behalten dabei das Wesentliche im Blick. Dies ist keine einfache Aufgabe. Nervenzellen „markieren“ wichtige Informationen, indem sie stärker darauf reagieren als auf unwichtige Aspekte. Da jede für Sehinformation zuständige Nervenzelle einer bestimmten Region auf der Netzhaut zugeordnet ist, reagiert sie nur dann, wenn das Bild eines Objektes auf diesen Bereich fällt. Jede Augenbewegung verschiebt aber das Bild des Objektes auf der Netzhaut. Dies führt dazu, dass vor der Augenbewegung andere Nervenzellen aktiv sind als danach. Die „Markierung“, also die Information, welches Objekt gerade besonders wichtig ist, muss daher zwischen verschiedenen Gruppen von Nervenzellen weitergereicht werden. Nur so wissen auch die nach der Augenbewegung aktiven Nervenzellen, ob sie auf ein Objekt besonders stark reagieren müssen. Bislang war nicht bekannt, ob und wie die Weitergabe dieser Information im Gehirn erfolgt.

Die Neurowissenschaftler Tao Yao, Stefan Treue und Suresh Krishna aus der Abteilung Kognitive Neurowissenschaften des Deutschen Primatenzentrums (DPZ) haben die Reaktion von vielen einzelnen Nervenzellen im Gehirn von zwei Rhesusaffen gemessen. Die beiden Affen hatten gelernt, ihre Aufmerksamkeit auf ein bestimmtes Objekt auf einem Bildschirm zu konzentrieren, ohne es direkt anzusehen und eine Augenbewegung zu machen, ohne ihre Aufmerksamkeit von diesem Zielobjekt zu nehmen. Aus der Aktivität der einzelnen Nervenzellen konnten die Wissenschaftler schließen, dass tatsächlich die Information über die Position des beachteten Objekts mit der Augenbewegung von einer Gruppe Nervenzellen auf eine andere weitergegeben wurde, nicht aber Informationen darüber, wie das Objekt genau aussieht.

„Wir konnten mit unserer Studie nachweisen, wie das Gehirn von Affen die Position von relevanten Objekten verfolgt und unwichtige ignoriert“, sagt Tao Yao, Erstautor der Veröffentlichung. Es ist nun klar, dass das Gehirn wichtige Objekte „markiert“ und die Position dieser Markierungen bei jeder Augenbewegung aktualisiert. „Da diese Aktualisierung der Position relevanter Objekte bei Patienten mit Schizophrenie, visuellem Neglect und anderen Aufmerksamkeitsstörungen nicht richtig funktioniert, kann unsere Studie dazu beitragen, diese Krankheitsbilder besser zu verstehen“, kommentiert Tao Yao die Ergebnisse der Studie.

Originalveröffentlichung:
Tao Yao, Stefan Treue and B. Suresh Krishna: An attention-sensitive memory trace in macaque MT following saccadic eye movements. PLOS Biology.

Quelle:
Deutsches Primatenzentrum GmbH (DPZ), Leibniz-Institut für Primatenforschung