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Springers Einwürfe: Was tut das Hirn bei Überraschungen?

Um sich einen Reim auf Überraschungen zu machen, müssen separate Gruppen von Gehirnzellen einander gestaffelt zuarbeiten.
Glühbirne mit GehirnLaden...

Angenommen, Sie sind zum Essen eingeladen, und da es Ihnen wunderbar schmeckt, bitten Sie um das Rezept. Doch als Sie die Speise selbst zubereiten, ist sie ungenießbar. Da fragen Sie sich: Habe ich beim Kochen etwas falsch gemacht, oder ist das Rezept fehlerhaft? Fortwährend sind wir mit Überraschungen konfrontiert, deren Ursache nicht auf der Hand liegt. In der Regel glauben wir erst an einen Zufall und versuchen das Nächstliegende: Der Koch wiederholt das Rezept. Wenn ann die Misserfolge nicht enden, sehen wir ein, dass etwas prinzipiell nicht stimmt.

Wie kommt das Gehirn von Tieren und Menschen zu der – mitunter lebenswichtigen – Erkenntnis, welche Ursache sich hinter einem unerwarteten Ereignis verbirgt? Sind für diese kognitive Leistung spezielle Areale zuständig, und wie arbeiten sie zusammen?

Die Frage haben die Hirnforscher Mehrdad Jazayeri und Morteza Sarafyazd vom Massachusetts Institute of Technology an Primaten untersucht. Sie konfrontierten Makaken mit Abfolgen von Lichtreizen und brachten den Tieren durch kleine Belohnungen bei, je nach der zeitlichen Abfolge der Farbpunkte mit Hin- oder Wegsehen zu reagieren. Letzteres garantierte, dass mehr zu Stande kam als ein bloßer Reiz-Reaktions-Automatismus.

Wie registriert das Gehirn, was für eine Ursache sich hinter einem unerwarteten Ereignis verbirgt?

Nachdem die Makaken gelernt hatten, eine bestimmte Reizabfolge mit entsprechenden Blickbewegungen zu quittieren, drehten die Forscher den Rhythmus der Farbblitze um. Jetzt bildeten diese eine neue, ebenfalls regelmäßige Abfolge. Die Tiere standen nun vor dem Dilemma, darin bloß eine zufällige, vorübergehende Störung zu sehen – oder die systematische Änderung zu erkennen. Tatsächlich dauerte es nur kurz, bis den Primaten die Erkenntnis gelang und sie auf das neue System wiederum mit entsprechend angepassten Augenbewegungen antworteten.

Was ging dabei in den Versuchstieren vor? Während der modifizierten Blickversuche ließ sich eine besonders hohe Aktivität in zwei Regionen des Vorderhirns feststellen: im dorsomedialen frontalen Kortex (DMFC) und im knapp darunterliegenden anterioren zingulären Kortex (ACC). Diese Gebiete waren von vornherein »verdächtig« – sie sind auf Handlungskontrolle, kognitive Prozesse und strategische Entscheidungen spezialisiert.

Der Clou der Studie ist aber der Nachweis einer hierarchischen Zusammenarbeit beider Regionen. Die Information über die neue Reizfolge landet nämlich zunächst »außen« beim DMFC und wird dort nur als Überraschung registriert, als enttäuschte Erwartung. In dieser Phase kann noch nicht entschieden werden, ob es sich um eine vorübergehende Störung handelt, auf die man am besten mit »business as usual« reagiert, oder um etwas grundlegend Neues, das kognitive Verarbeitung und geändertes Verhalten erfordert.

Die Entscheidung darüber fällt »innen« im ACC, der als Informationspuffer wirkt und auf die neue Nachricht verzögert reagiert. Erst wenn hier erkannt wird, dass sich etwas dauerhaft verändert hat, kann sich das Individuum an die andere Situation anpassen. Die derart hierarchisch organisierte Kognition des Primatengehirns scheint also eines der Geheimnisse jener höheren Erkenntnisleistungen zu sein, die ihm vorderhand kein künstliches neuronales Netz nachzumachen vermag.

Juli 2019

Dieser Artikel ist enthalten in Spektrum der Wissenschaft Juli 2019

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