FORSCHUNG/813: Biologische Kybernetik - Aufmerksamkeit und Bewusstsein entkoppelt (MPG)
Max-Planck-Gesellschaft - 10. November 2011
KOGNITIONSFORSCHUNG | NEUROBIOLOGIE
Aufmerksamkeit und Bewusstsein entkoppelt
Im Experiment lassen sich zwei anscheinend eng miteinander verwobene Funktionen des Gehirns teilweise entflechten
Im Alltagsleben scheinen Aufmerksamkeit und Bewusstsein zusammenzugehören: Wer seine Aufmerksamkeit auf die Schere rechts auf dem Schreibtisch richtet, wird sich ihrer Eigenschaften, wie etwa der roten Griffe, bewusst. Umgekehrt können die roten Griffe auch dazu führen, dass man auf die Schere aufmerksam wird. Jedoch haben Wissenschaftler aus einer Reihe von Verhaltensbeobachtungen in jüngster Zeit geschlossen, dass Aufmerksamkeit und Bewusstsein zwei grundlegend verschiedene Prozesse im Gehirn darstellen, die nicht notwendigerweise miteinander verbunden sind. Dazu haben jetzt Forscher des Max-Planck-Instituts für biologische Kybernetik zusammen mit japanischen Kollegen eine neue Studie in der Fachzeitschrift Science veröffentlicht. Sie liefern den ersten experimentellen Nachweis, dass die primäre Sehrinde, der Eingangsbereich zur visuellen Informationsverarbeitung in der Großhirnrinde, nur durch Aufmerksamkeit, nicht aber durch das Bewusstsein aktiviert wird. Dieses Ergebnis bekräftigt die Hypothese, dass Nervenzellen unterschiedlich auf Aufmerksamkeit und Bewusstsein reagieren.
Kippfiguren für Bewusstseinsstudie: Beim Necker-Würfel (links) erkennt
man entweder einen Würfel von links unten oder von rechts oben. Wenn
ein Auge auf das mittlere Raster schaut, das andere auf das rechte
Raster, beginnt unsere Wahrnehmung zwischen den beiden Rastern hin und
her zu schalten. Der ungerasterte Bereich in der Mitte übernimmt auch
dann das linke Raster, wenn der Reiz rechts wahrgenommen wird. Die
Abbildungen Sie sind für die Untersuchung des visuellen Bewusstseins
im Gehirn ideal geeignet, weil unsere Wahrnehmung hin- und herspringt,
obwohl sich das Objekt selbst nicht ändert.
Abbildung: © MPI f. biologische Kybernetik
Bei der funktionellen Magnetresonanztomografie wird die Aktivität verschiedener Hirnbereiche über den Sauerstoffgehalt des Blutes gemessen und bildlich dargestellt. Masataka Watanabe von der University of Tokyo und Yusuke Murayama am Max-Planck-Institut für biologische Kybernetik in Tübingen haben zusammen mit Forschern des RIKEN Brain Science Institute in Japan genauer untersucht, was die Aktivität im Eingangsbereich der Sehrinde beeinflusst. "Wir wussten aus früheren Experimenten, dass visuelles Bewusstsein ohne Aufmerksamkeit möglich ist und Aufmerksamkeit ohne Bewusstsein", sagt Masataka Watanabe. "Doch es war eine große Herausforderung, die Experimente so zu konzipieren, dass bei der Untersuchung beider Funktionen unter Laborbedingungen gleichzeitig auch die Hirnaktivität zuverlässig gemessen werden konnte."
Dies erreichten die Forscher, indem sie bei ihren Experimenten mit Studienteilnehmern zwei mal zwei Faktoren kombinierten: Zum einen hatten sie ein Objekt, das sichtbar oder unsichtbar gemacht werden konnte, und zum anderen konnte die Aufmerksamkeit der Studienteilnehmer auf das Objekt oder davon weg gelenkt werden. Mit ausgeklügelt zusammengesetzten Bildern, die in schneller Folge gezielt auf einem Auge gezeigt wurden, konnten die Forscher ein Objekt durch Darstellung im gleichen oder zweiten Auge sichtbar oder unsichtbar schalten. Und dies unabhängig davon, ob die Versuchsperson ihre Aufmerksamkeit darauf richtete oder nicht. "Wichtig war, dass wir zu jedem Zeitpunkt des Experiments wussten, ob das Objekt sichtbar oder unsichtbar war, ohne die Studienteilnehmer zu fragen", erklärt Masataka Watanabe. Denn dadurch wäre deren Aufmerksamkeit auf das Objekt gelenkt worden.
Messung der Nervenaktivität in der Sehrinde: In der primären Sehrinde
entsprechen nebeneinanderliegende Punkte auch nebeneinanderliegenden
Punkten des Sehfeldes. Die Auflösung der Bilder der funktionellen
Magnetresonanztomografie ist so hoch, dass die Forscher genau die
Stelle der Sehrinde erkennen können, die der Abbildung des
ungerasterten Bereichs in der Mitte des Reizbildes entspricht. Dadurch
können sie die Nervenaktivität des physikalisch gleichbleibenden
visuellen Reizes einzeln erfassen - nämlich einen Teil des linken
Rasters, der dem ungerasterten Bereich entspricht -, während ein
weiteres Objekt sichtbar oder unsichtbar geschaltet wird.
Abbildung: © MPi f. biologische Kybernetik
Die Ergebnisse der Experimente erstaunten selbst die Wissenschaftler. "Ich war selbst überrascht über die Befunde, sie haben mich dazu gebracht umzudenken", sagt Masataka Watanabe. Während die auf das Objekt gerichtete Aufmerksamkeit die Aktivität der Nervenzellen in der Sehrinde fast verdoppelte, hatte die Sichtbarkeit des Objekts nahezu keine Wirkung. "Die gemessenen Signale werden hier nicht vom Bewusstsein moduliert", fasst der Wissenschaftler die Ergebnisse zusammen.
Die Ergebnisse der Experimente könnten sogar Auswirkungen auf Philosophie und Psychologie haben: Bisher gehen viele Wissenschaftler davon aus, dass das Bewusstsein Teil aller anderen Gehirnbereiche und untrennbar mit anderen geistigen Funktionen verknüpft ist. Darauf deuteten auch frühere Experimente hin. Dies muss jedoch nach den neuen Ergebnissen in Frage gestellt werden. Masataka Watanabe gibt sich aber noch vorsichtig: "Dies ist das erste Experiment, bei dem Reaktionsunterschiede in der primären Sehrinde zwischen Bewusstsein und Aufmerksamkeit festgestellt wurden. Erstmals wird dadurch der Schluss nahegelegt, dass Aufmerksamkeit und Bewusstsein die Aktivität der Nervenzellen zumindest teilweise getrennt voneinander anregen. Die Ergebnisse müssen in Folgestudien mit anderen Reizen, Messmethoden und Arten noch abgesichert werden." Er möchte nun durch weitere Experimente erforschen, auf welcher Ebene der Informationsverarbeitung des hierarchisch organisierten Sehsystems die Informationen aus dem Bewusstsein in die der Aufmerksamkeit mit einfließen.
JE/HR
Originalveröffentlichung
Masataka Watanabe; Kang Cheng, Yusuke Murayama, Kenichi Ueno, Takeshi Asamizuya, Keiji Tanaka, Nikos Logothetis
Attention but not Awareness Modulates the BOLD Signal in Human V1 During Binocular Suppression
Science, 11 November 2011
Ansprechpartner
Janna Eberhardt
Presse- und Öffentlichkeitsarbeit Max-Planck-Campus Tübingen
E-Mail: presse@tuebingen.mpg.de
Masataka Watanabe
Max-Planck-Institut für biologische Kybernetik, Tübingen
E-Mail: masataka.watanabe@tuebingen.mpg.de
*
Quelle:
MPG - Presseinformation vom 10. November 2011
Herausgeber:
Max-Planck-Gesellschaft zur Förderung der Wissenschaften e.V.
Referat für Presse- und Öffentlichkeitsarbeit
Hofgartenstraße 8, 80539 München
Tel.: 089/21 08-0, Fax: 089/21 08-12 76
E-Mail: presse@gv.mpg.de
Internet: www.mpg.de
veröffentlicht im Schattenblick zum 15. November 2011