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Kleine Hirnstruktur zeigt, ob Sehen oder Fühlen bevorsteht
Noch bevor ein Bild erscheint oder ein Druckreiz den Daumen trifft, lässt sich in einer kleinen Region des menschlichen Mittelhirns ein charakteristisches Aktivitätsmuster erkennen. Hochauflösende Hirnscans von 80 Erwachsenen zeigen, dass diese Muster davon abhängen, welcher Sinn als Nächstes angesprochen wird. Damit liefern die Daten Hinweise darauf, dass auch tiefe Hirnstrukturen erwartete Wahrnehmungen vorbereiten.
Cambridge (U.S.A.). Das Gehirn bereitet sich offenbar schon vor ihrem Eintreffen auf Sinneseindrücke vor. Dabei geht es nicht nur um Erwartungen, die wir bewusst wahrnehmen. Vielmehr können verschiedene Hirnregionen ihre Verarbeitung schon auf das einstellen, was als Nächstes wahrscheinlich geschieht.
Im Mittelpunkt steht der Colliculus superior, eine paarige Struktur, die unter anderem die Aufmerksamkeit und Blickbewegungen steuert. Jede Hälfte ist nur ungefähr sechs Millimeter groß. Aus Tierstudien ist bekannt, dass oberflächliche Schichten besonders auf visuelle Reize reagieren, während tiefere Schichten auch Signale aus dem Tastsinn verarbeiten.
Mit üblichen bildgebenden Verfahren lassen sich Aktivitätsunterschiede über diese wenigen Millimeter kaum trennen. Forscher des Massachusetts Institute of Technology (MIT) um Dr. Danlei Chen haben deshalb untersucht, wie sich die Aktivität der Schichten verändert, wenn Menschen Bilder sehen, Berührungen spüren oder solche Reize lediglich erwarten.
Für die Untersuchung nutzte das Team die funktionelle Magnetresonanztomografie mit einer Feldstärke von sieben Tesla. Ihre räumliche Auflösung betrug etwa 1,1 Millimeter und erlaubte, Signale aus verschiedenen Tiefen innerhalb des Colliculus superior zu vergleichen. Gemessen wurden Veränderungen des sauerstoffabhängigen Blutsignals, die als indirektes Maß für die Hirnaktivität dienen.
Von den 80 ausgewerteten Erwachsenen sahen 40 während der Versuche Bilder. Die anderen 40 erhielten kontrollierten mechanischen Druck auf den linken Daumen. Vor jeder Reizgabe erschienen geometrische Formen, zwischen denen die Teilnehmer selbst wählen konnten oder für die ein Computer eine Auswahl traf.
Gerade dieser letzte Abschnitt vor dem eigentlichen Reiz war entscheidend. Während einer etwa zwei Sekunden langen Entscheidungsphase unterschieden sich die sichtbaren Informationen und geforderten Handlungen der beiden Gruppen nicht. Die bevorstehende Sinnesart war dagegen unterschiedlich, sodass die Forscher die Aktivität bei gleichen unmittelbaren Sinnes- und Bewegungsanforderungen vergleichen konnten.
Zunächst bestätigten die Aufnahmen die aus Tierexperimenten bekannte Schichtung. Beim Anblick von Bildern fiel die gemessene Reaktion in oberflächlichen Bereichen stärker aus als in den tieferen Schichten. Druck auf den Daumen erzeugte dagegen vor allem in tiefer liegenden Bereichen eine stärkere Reaktion.
Bemerkenswert war das Muster vor dem Eintreffen des Reizes. Auch während der Entscheidungsphase hing die Aktivität in unterschiedlichen Tiefen davon ab, ob die Teilnehmer anschließend etwas sehen oder eine Berührung spüren sollten. Bei angekündigtem Druck war die Aktivität in tieferen Schichten klar stärker, während sich bei angekündigten Bildern lediglich eine statistisch nicht gesicherte Tendenz zugunsten oberflächlicher Schichten zeigte.
Der Unterschied zwischen den beiden Gruppen über die Schichten hinweg war dennoch statistisch deutlich. Außerdem trat dieses Muster nicht einfach während der gesamten Aufgabenfolge auf. In einer früheren Phase, in der die Formen zunächst gezeigt wurden, fanden die Forscher eine andere Tiefenverteilung der Signale. Das spricht gegen eine bloße Nachwirkung des jeweils vorherigen Versuchs.