Von Meisen und Menschen oder Ich sehe was, das Du nicht siehst

Wissenschaftler weisen erstmals nach, dass einzelne Nervenzellen im Gehirn die Wahrnehmung durch Vorwissen steuern

Prägen unsere Erfahrungen die Art und Weise, wie wir neue Eindrücke verarbeiten? Und ob: wo manche nur Vögel vermuten, wissen Ornithologen zwischen Amseln, Meisen und Finken, ja gar zwischen Blau- und Kohlmeisen einerseits sowie Grün- und Buchfinken andererseits zu unterscheiden. Warum das so ist, konnten Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für biologische Kybernetik in Tübingen erstmals experimentell nachweisen. Und zwar stellten sie fest, dass einzelne Nervenzellen im Gehirn für die Steuerung unserer Wahrnehmung durch Vorwissen verantwortlich sind. Damit wären gleich zwei olle Sprüche bewiesen. Erstens: "Wer mehr weiß, sieht mehr", und zweitens: "Übung macht den Meister".

Schon lange versuchen Wissenschaftler, dem Gehirn beim Verarbeiten visueller Eindrücke zuzusehen und folgende Fragen zu klären: Wie werden unterschiedliche Informationen im Gehirn integriert? Und nach welchen Prinzipien werden wahrgenommene Objekte im Gehirn repräsentiert? Dabei haben sie vor allem jene Hirnregion im Blick, von der man weiß, dass sie für die Objekterkennung zuständig ist: den "inferior temporal cortex" (ITC), den unteren Schläfenlappen also.

In der aktuellen Ausgabe der Fachzeitschrift Nature berichten die Tübinger Wissenschaftler Nikos Logothetis und Natasha Sigala, wie sie zwei erwachsenen Rhesusaffen-Männchen beibrachten, Objekte anhand von charakteristischen Eigenschaften jeweils einer von zwei Kategorien zuzuordnen. Sie wollten herausfinden, ob und wie sich die Schärfung des Blicks für die relevanten Unterscheidungs-Merkmale auswirkt auf die Art der Repräsentation dieser Kriterien im Gehirn. Anders ausgedrückt: Die Forscher wollten herausfinden, ob einzelne Neuronen des ITC gezielt auf die jeweils relevanten Unterscheidungs-Merkmale reagieren.

Zu diesem Zweck zeigten die Forscher den Affen eine Serie von Strichzeichnungen auf einem Computerbildschirm. Die erste Bilderserie bestand aus Umrisszeichnungen von Gesichtern, die sich in vier Punkten unterschieden: Augenhöhe, Augenabstand, Nasenlänge und Mundposition. Jedes dieser Merkmale konnte in drei verschiedenen Varianten vorliegen; die Nase konnte also kurz, mittellang oder lang sein. Die Affen wurden nun darauf trainiert, zwei Arten von Gesichtern zu unterscheiden: Gesichter der ersten Kategorie hatten allesamt eine niedrige Augenhöhe und einen großen Augenabstand, Gesichter der zweiten Kategorie dagegen eine hohe Augenhöhe und einen kleinen Augenabstand. Die beiden Merkmale "Augenabstand" und "Augenhöhe" entschieden also darüber, ob ein Gesicht der ersten oder aber der zweiten Kategorie angehörte. Die beiden anderen Merkmale, also Nasenlänge und Mundhöhe, variierten bei allen Gesichtern nach dem Zufallsprinzip, waren also für die Einteilung in die Kategorien irrelevant.

Die zweite Bilderserie umfasste Umrisszeichnungen von Fischen, die sich im Hinblick auf folgende vier Faktoren unterschieden: Silhouette von Rückenflosse, Schwanzflosse, Bauchflossen und Maul. Auch hier waren nur zwei Merkmale relevant: Rücken- und Schwanzflosse.

Bei ihren Tests stellten die Max-Planck-Wissenschaftler fest, dass einzelne Neuronen im ITC auf die jeweils relevanten Merkmale "Augenhöhe" und "Augenabstand" beziehungsweise "Rücken-" und "Schwanzflosse" reagierten (um ehrlich zu sein haben sie den Rhesusaffen dazu den Schädel geöffnet und einzelne Neutronen verkabelt). Tatsächlich war die Aktivität der untersuchten Neuronen deutlich erhöht, wenn die jeweils relevanten Merkmale den zu der Kategorie passenden Wert hatten. Im Gegenzug ließen die jeweils irrelevanten Merkmale "Nasenlänge" und "Mundhöhe" beziehungsweise "Bauchflossen" und "Maul" die Neuronen kalt. Die betreffenden Neuronen hatten also gelernt, die beiden Kategorien zu unterscheiden. Daraus schließen die Forscher: Die untersuchten Neuronen repräsentieren nicht nur das Vorhandensein eines bestimmten Objekts oder eines bestimmten Merkmals. Vielmehr speichern sie detaillierte Informationen über jene Merkmale, die für die beiden Kategorien entscheidend sind.

Darüber hinaus konnten die Tübinger Wissenschaftler zeigen, dass die Affen ihr im Versuch angeeignetes Wissen auch weiterhin zur Objekterkennung verwenden. In der Tat waren die Tiere nach dem Training in der Lage, Gesichter und Fische anhand der relevanten Merkmale den jeweiligen Kategorien zuzuordnen.

Aus ihren Arbeiten folgern die Tübinger Hirnforscher, dass es einzelne Neuronen gibt, die nach entsprechendem Training die Wahrnehmung schärfen. Dieses erlernte "Schubladendenken", also das Einteilen der Welt nach erlernten Kategorien, ist letztlich dafür verantwortlich, wie wir unsere visuell wahrgenommene Umwelt im Gehirn kodieren und diese Wahrnehmung dann interpretieren.

Um das Ganze noch einmal auf Menschen und Meisen anzuwenden: Wer sich einen Meisenknödel vors Fenster hängt und damit tatsächlich Blau- und Kohlmeisen anlockt, wird vielleicht entzückt sein über deren schlanke Beinchen sowie die gelben Bäuche. Leider taugen in diesem Fall weder die Beinchen noch die Farbe des Bauches als Unterscheidungsmerkmal. Eher sollte man auf die Ausprägung des schwarzen Streifens (dick = Kohlmeise; schmal = Blaumeise) oder besser auf die Farbe des Kopfes achten (schwarz = Kohlmeise; blau = Blaumeise). Da das Gefieder im Winter etwas blasser gefärbt ist als in den meisten Bestimmungsbüchern - die Vögel also das so genannte Schlichtkleid tragen - kommt es vor allem auf den Augenstreif an (nein = Kohlmeise; ja = Blaumeise). Hat man das ein paar mal trainiert, kann man Blau- und Kohlmeisen bald auf Anhieb unterscheiden. Freilich gibt es noch ein paar andere Vogelarten, die mit Meisenknödeln zurecht kommen. (Vgl. Bird Identification Tips) In Zweifelsfällen konsultiere man einen gut illustrierten Vogelführer - etwa von Parey oder Kosmos. Und wer so gar nicht abonniert ist auf visuelle Kriterien, der kann es ja mal mit den Lautäußerungen der Piepmätze versuchen - schließlich kann man seine Neuronen auf alle möglichen Reize trainieren.

http://www.heise.de/tp/artikel/11/11606/1.html