Neue Erkenntnisse in der Forschung zum Bewegungssehen

Tübinger Wissenschaftler vom Werner Reichardt Centrum für Integrative Neurowissenschaften (CIN) und vom Max-Planck-Institut für biologische Kybernetik haben nach eigener Mitteilung mit Hilfe der funktionellen Magnetresonanztomografie zwei Gehirnareale im Menschen identifiziert, die die Augenbewegungen mit der visuellen Bewegung auf der Netzhaut vergleichen, um bewegte Objekte korrekt wahrzunehmen.

Wenn wir eine Fliege beobachten, die im Raum hin und her fliegt, und ihr mit unseren Augen folgen, müssen wir den Eindruck haben, dass der sich dahinter liegende Raum bewegt und nicht die Fliege, heißt es in dem Bericht des Max-Planck-Instituts für biologische Kybernetik. Schließlich sei die Fliege immer fest im zentralen Blickwinkel. Wie aber vermittle uns das Gehirn den Eindruck einer bewegten Fliege in einem unbewegten Raum? V3A und V6 heißen die beiden Gehirnareale in der oberen Hälfte des Hinterkopfes, die besonders gut auch während Augenbewegungen auf externe Bewegung reagieren können, so der Bericht. Das Areal V3A verknüpfe beide Bewegungen: Es reagiere auf Bewegungen in unserer Umgebung, egal ob wir das bewegte Objekt mit den Augen verfolgen oder nicht. Das Areal reagiere aber nicht auf visuelle Bewegungen auf der Netzhaut, wenn sie durch Augenbewegungen selbst hervorgerufen werden. Areal V6 habe ähnliche Eigenschaften, werde aber selbst dann aktiv, wenn wir uns vorwärts bewegen. Die Rechenarbeit des Gehirns sei in diesem Fall komplizierter: Die zweidimensionale seitwärts Bewegung, die durch Augenbewegung verursacht werde, werde von der dreidimensional expandierenden Vorwärtsbewegung überlagert.

Untersucht haben die Wissenschaftler Elvira Fischer und Andreas Bartels vom Werner Reichardt-Centrum für Integrative Neurowissenschaften (CIN) und vom Max-Planck-Institut für biologische Kybernetik diese Areale mit Hilfe der funktionellen Magnetresonanztomografie – ein bildgebendes Verfahren, das die Aktivität im lebenden Gehirn sichtbar machen kann. Die aktiven Bereiche würden anhand des erhöhten Blutsauerstoffspiegels erkann, so der Bericht: Während die Studienteilnehmer mit den Augen zum Beispiel einen kleinen Punkt verfolgen, der von links nach rechts über einen Bildschirm wandert, messen die Wissenschaftler die Gehirnaktivität Je nach Versuchsaufbau bleibt der Hintergrund unbewegt oder er bewegt sich in verschiedenen Geschwindigkeiten mit dem Punkt mit. Manchmal bleibt auch der kleine Punkt stehen und nur der Hintergrund bewegt sich.

In insgesamt sechs Experimenten maßen die Forscher in mehr als einem Dutzend verschiedener Kombinationen die jeweilige Gehirnaktivität in den verschiedenen Arealen, heißt es weiter. Dabei hätten sie festgestellt, dass V3A und V6 im Unterschied zu anderen visuellen Arealen im Gehirn eine erstaunlich hohe Fähigkeit haben, die Bewegungen des Auges mit den visuellen Signalen auf der Netzhaut zu vergleichen. „Mich begeistert vor allem V3A, weil es so stark und selektiv auf Bewegung in unserer Umgebung reagiert. Das klingt trivial, ist aber eine erstaunliche Leistung des Gehirns“, erklärt Andreas Bartels, Projektleiter der Studie.

Ob wir uns selber bewegen oder sich etwas in unserer Umgebung bewegt, sei ein Problem, über das wir nur selten nachdenken würden, da unser Gehirn die visuelle Informationen unterbewusst ständig für uns umrechne und korrigiere. Doch Patienten, die die Fähigkeit dieser Integration verloren haben, könnten nicht mehr erkennen, was sich letztendlich bewegt: die Umgebung oder sie sich selbst. Diese Patienten empfinden jedes Mal ein Schwindelgefühl, wenn sie ihre Augen bewegen. Studien wie diese bringen nach Einschätzung der Wissenschaftler zu einem größeren Verständnis der Ursachen solcher Krankheiten.

Die Studie war ein Kollaborationsprojekt zwischen dem Centrum für Integrative Neurowissenschaften (CIN) und den Abteilungen für Wahrnehmung, Kognition und Handlung von Heinrich Bülthoff und für Physiologie kognitiver Prozesse von Nikos Logothetis am Max-Planck-Institut für biologische Kybernetik.

Originalpublikation:
Elvira Fischer, Heinrich H. Bülthoff, Nikos K. Logothetis, Andreas Bartels (2012) Human areas V3A and V6 compensate for self-induced planar visual motion (2012). Neuron, doi:10.1016/j.neuron.2012.01.022

Quelle:
Max-Planck-Institut für biologische Kybernetik