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09.06.2016

Das Zusammenspiel der Sinne

Forscher finden Mechanismus für die Verarbeitung multisensorischer Reize


Tübingen, 09. Juni 2016. Pfeift der Schiedsrichter oder war es ein Störgeräusch aus dem Publikum? Diese mitunter spielentscheidende Wahrnehmungsfrage kann ein Fußballer wesentlich präziser beantworten, wenn er den Schiedsrichter nicht nur hört, sondern auch sieht. Aber woher weiß sein Gehirn bei der Unzahl von visuellen Eindrücken und Geräuschen, die in einem vollen Stadion herrschen, welche Sinnesinformationen zusammengehören? Forscher des Max-Planck-Instituts für biologische Kybernetik in Tübingen und des Exzellenzclusters CITEC der Universität Bielefeld haben einen generellen Mechanismus entwickelt, der erklärt, wie das Gehirn es schafft, die Reize aller Sinneskanäle zusammenzuführen. Ihre Studie präsentieren die Forscher im Fachjournal „Nature Communications“. 

Meist hat das Gehirn keinerlei Schwierigkeiten herauszufinden, welche Geräusche mit welchen visuellen Eindrücken zusammengehören. Bisher ist jedoch unklar, wie unser Gehirn diese scheinbar so einfache Aufgabe löst und die Bildeindrücke und Geräusche automatisch nur dann miteinander verknüpft, wenn sie tatsächlich zusammengehören. „Eine solche Übereinstimmung herauszubekommen, ist kein triviales Problem für das Gehirn“, sagt Dr. Cesare Parise vom Max-Planck-Institut für biologische Kybernetik. „Die visuellen und akustischen Informationen kommen zwar vom gleichen Ereignis. Sie werden aber größtenteils in voneinander unabhängigen Nervenbahnen verarbeitet. Trotzdem können wir offensichtlich ohne große Anstrengung sagen, welche Signale zusammengehören.“ 

Parise und Ernst identifizierten in Versuchen mit freiwilligen Probanden einen grundlegenden neuronalen Mechanismus. Wenn die Reize einen ähnlichen zeitlichen Ablauf haben, folgert das Gehirn, dass sie zusammengehören und führt die Signale zusammen. Ein Beispiel: Hört eine Person im Verkehrslärm Schritte auf der Straße, dann erfasst das Gehirn den zeitlichen Abstand zwischen dem Klacken der Schuhe. Wenn die Person schließlich den Spaziergänger erblickt, dann misst das Gehirn, in welchem Tempo die Person auftritt. „Aus den ähnlichen zeitlichen Abläufen folgert das Gehirn, ob zwei Signale tatsächlich vom selben Ereignis stammen“, sagt Parise. „Verblüffenderweise gleicht dieser neu entdeckte Mechanismus den Bewegungsdetektoren im Gehirn von Insekten“, sagt der Experimentalpsychologe. „Hinzu kommt, dass er auch eine erstaunliche Verwandtschaft zu Mechanismen hat, die aus dem räumlichen Stereosehen oder dem räumlichen Stereohören bekannt sind – alles Wahrnehmungseigenschaften, bei der die Korrelation zwischen den einzelnen Signalen eine große Rolle spielt." 

Mit Computersimulationen bewies das Forscherteam die Allgemeingültigkeit des Mechanismus: „Tatsächlich kam der Detektor in der Simulation zu den gleichen Ergebnissen wie die Menschen im Verhaltensexperiment“, sagt Parise, der für die Studie vom Bernstein Center for Computational Neuroscience Tübingen gefördert wurde. 

„Das Ergebnis unserer Studie stellt einen Meilenstein für das Verständnis der menschlichen Wahrnehmung dar“, sagt Parise. „Sie präsentiert zum ersten Mal einen allgemeingültigen Mechanismus, der die vielen unterschiedlichen Befunde aus früheren Studien erklärt, in denen es um die Verarbeitung von multisensorischen Reizen ging.“ Laut Parise lässt sich diese Erkenntnis für zahlreiche praktische Anwendungen nutzen. „Zum Beispiel ergeben sich neue klinische Untersuchungsansätze, um neurologische Störungen wie Autismus-Spektrum-Störungen oder Lese-Rechtschreibstörungen besser zu verstehen. Hinzu kommt, dass sich unser Modell leicht in die Technik und auf Roboter übertragen lässt“, sagt Parise.

 

Originalveröffentlichung:

Cesare Parise, Marc Ernst; Correlation detection as a general mechanism for multisensory inte-gration; Nature Communications, 2016

DOI: dx.doi.org/10.1038/NCOMMS11543&nbsp;

 

Weitere Informationen: 

Max-Planck-Institut für biologische Kybernetik, Abteilung "Wahrnehmung, Kognition und Handlung"

Universität Bielefeld, Forschungsgruppe Kognitive Neurowissenschaften


Versuchsperson im Experiment