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Sehen: Wie die Welt im Kopf entsteht

Vor rund 60 Jahren entschlüsselten Wissenschaftler, wie das Gehirn visuelle Eindrücke verarbeitet. Doch nun zeigt ein Experiment: Vielleicht wissen wir nicht einmal die Hälfte.
Auge sieht HologrammLaden...

Eigentlich haben Wissenschaftler bereits eine ziemlich genaue Vorstellung davon, wie das Gehirn ein Bild von der Welt erzeugt. Einer Arbeitsgruppe um Christof Koch vom Allen Institute for Brain Science in Seattle zufolge könnte das, was man bislang weiß, allerdings bloß die Spitze des Eisbergs sein: Zumindest im Sehsystem von Mäusen arbeiten offenbar mehr als 90 Prozent der Nervenzellen anders, als die Lehrbücher vorhersagen, wie das Team im Fachmagazin »Nature Neuroscience« berichtet.

Für unsere Fähigkeit zu sehen spielt der visuelle Kortex im Gehirn – auch Sehrinde genannt – eine zentrale Rolle. Er nimmt große Teile des Hinterhauptlappens an der Rückseite unseres Kopfes ein. Das Verständnis, das Forscher heute von seiner Funktionsweise haben, beruht im Kern auf Experimenten, die die Neurophysiologen David Hubel und Torsten Wiesel vor rund 60 Jahren durchführten. Hubel und Wiesel untersuchten mit Hilfe dünner Elektroden die Aktivität der Neurone in der primären Sehrinde von Katzen, während sie den Tieren verschiedene Muster aus Licht und Schatten zeigten. Nachdem die Nervenzellen der Katzen zunächst partout keine Reaktion zeigen wollten, entdeckten die Wissenschaftler mehr durch Zufall, dass die von ihnen untersuchten Zellen zwar nicht beim Anblick der unterschiedlichen Muster feuerten – aber immer dann, wenn die Kanten der Bilder kurz in das Blickfeld der Tiere rückten.

Neurone mit speziellen Vorlieben

Hubel und Wiesel schlossen daraus, dass manche Neurone des visuellen Kortex offenbar eine besondere Vorliebe für Linien und Kanten zu haben scheinen, die in einem ganz bestimmten Winkel ausgerichtet sind. Weitere Versuche bestätigten diese These – und brachten ihnen 1981 schließlich den Nobelpreis für Physiologie oder Medizin ein. Später entdeckten Wissenschaftler auch Nervenzellen, die auf andere Eigenschaften spezialisiert sind, etwa auf Farben, Bewegungsrichtungen oder gar auf ganz bestimmte Merkmale von Gesichtern. Nachgeschaltete Hirnregionen – so bis heute die Vorstellung – setzen dann aus einer Fülle solcher Informationen schließlich ein Bild der Welt um uns herum zusammen.

Die Ergebnisse von damals beruhen allerdings in erster Linie auf Aktivitätsmessungen bei wenigen einzelnen Nervenzellen. Christof Koch und seine Kollegen wiederholten die Versuche deshalb noch einmal in einem größeren Maßstab und betrachteten die Daten von insgesamt rund 60 000 unterschiedlichen Neuronen im visuellen Kortex von Mäusen. Dabei entdeckten sie, dass sich gerade einmal zehn Prozent der Zellen tatsächlich so verhielten, wie man es auf Basis der Erkenntnisse von Hubel und Wiesel erwarten würde. Von den übrigen Neuronen reagierten zwei Drittel noch deutlich spezialisierter – und ein Drittel zeigte Aktivitätsmuster, die zu keinem der zahlreichen visuellen Eindrücke passen wollten, welche die Forscher den Nagern präsentierten. Worin ihre Aufgabe besteht, ist noch unklar. Möglicherweise sind sie aber auf so spezifische Merkmale gepolt, dass sie erst im Zuge späterer Verarbeitungsschritte aktiv werden, spekulieren die Forscher.

»Die Ergebnisse der früheren Untersuchungen sind nicht falsch, sie scheinen lediglich auf einen sehr kleinen Teil der Nervenzellen im Kortex zuzutreffen«, sagt Studienleiterin Saskia de Vries, ebenfalls vom Allen Institute for Brain Science. Offenbar sei die Sehrinde von Mäusen deutlich komplexer aufgebaut, als man bislang dachte. Ob das auch für den visuellen Kortex anderer Arten und möglicherweise sogar für den des Menschen gelte, wisse man bisher allerdings nicht, schränken die Forscher ein. Immerhin basiere ein Großteil der Erkenntnisse über das visuelle System auf Versuchen mit Katzen und Primaten, deren Wahrnehmung in der freien Wildbahn mitunter anderen Anforderungen genügen muss. Letztlich könnten die Nager damit auch schlicht ein Sonderfall sein.

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