Das Gehirn ist ein komplexes Organ, das Sinnesreize verarbeitet und uns so die Wahrnehmung unserer Umwelt ermöglicht. Besonders faszinierend ist die Art und Weise, wie das Gehirn akustische und visuelle Informationen verarbeitet und wie diese Prozesse unser Bewusstsein und unsere Erfahrungen prägen. In diesem Artikel werden wir uns auf den Okzipitallappen konzentrieren, der eine entscheidende Rolle bei der visuellen Verarbeitung spielt, und untersuchen, wie das Gehirn Töne und Bilder widerspiegelt.
Der Okzipitallappen: Das Zentrum der visuellen Verarbeitung
Der Okzipitallappen, auch Hinterhauptslappen genannt, ist derjenige Teil des Gehirns, der für die Verarbeitung visueller Eindrücke verantwortlich ist. Er befindet sich am Hinterkopf und lässt sich grob in zwei Bereiche einteilen:
Primärer visueller Cortex (V1): Hier wird jeder Punkt des Gesichtsfeldes nach Linien und Kanten, Bewegung und Farbe durchleuchtet. V1 entspricht der sogenannten Brodmann Area 17. Aufgrund der besonderen Schichtung der Neuronen im Cortex weist diese Region einen sogar für das bloße Auge sichtbaren Streifen auf, weshalb die Region auch Area striata genannt wird. Sie liegt größtenteils an der medialen, der nach innen gewandten Seite der Hemisphären am Hinterhauptspol des Gehirns und bildet so die Wand des Sulcus calcarinus. Eingehende Nervenimpulse, so genannte Afferenzen, erhält V1 über die Sehstrahlung vom Corpus geniculatum laterale (kurz CGL, ein Teil des Thalamus), wobei deren 1,5 Millionen Fasern nun stattliche 200 Millionen Cortex-Neurone gegenüberstehen.
Visuelle Assoziationscortices (V2 bis V5): Diese Felder erarbeiten anhand der Informationen aus V1 komplexere Wahrnehmungen wie Raum, Farbe, Bewegung bis hin zu sehr spezifischen Objekten.
Die primäre Sehrinde (V1) im Detail
Die primäre Sehrinde ist retinotop geordnet. Das bedeutet: Jeder Punkt auf der Netzhaut entspricht einem ganz bestimmten kleinen corticalen Gebiet in V1, Nachbarschaften bleiben erhalten. Obwohl die Fovea, der Ort des schärfsten Sehens auf der Netzhaut nur 1,5 Millimeter Durchmesser hat, nimmt sie vier Fünftel von V1 in Anspruch. Das spiegelt die Verschaltung der Zellen in der Netzhaut wider, denn in der Fovea kommt eine Ganglienzelle auf einen Photorezeptor - oder einfacher gesagt: hier ist die „Auflösung“ besonders hoch.
Lesen Sie auch: Faszination Nesseltiere: Wie sie ohne Gehirn leben
Wie der gesamte Isocortex, wird auch die primäre Sehrinde in sechs Laminae - Schichten - eingeteilt, wobei die Komplexität im Vergleich zum restlichen Cortex deutlich höher ist. Die einzelnen Schichten unterscheiden sich in Aufbau und Funktion, sind jedoch untereinander stark vernetzt. Besonders interessant für sensorische Areale allgemein ist Schicht IV, die die Afferenzen der sensorischen Neurone erhält - wobei die ersten Verarbeitungsschritte schon in den vorherigen Stationen der Sehbahn, z.B. in der Retina und im CGL stattfinden. Die Schicht VI in der primären Sehrinde erhält nun diese Informationen in einem recht komplexen Verschaltungsmuster. Dazu ist sie besonders dick, so dass eine Unterteilung in die Unterschichten A, B und C (letztere noch einmal in α und β), vorgenommen wird.
Die Zellen der Schicht 4Cα erhalten hauptsächlich Input durch die magnozellulären Fasern des CGL. Diese Fasern tragen Information, die sich primär mit der Bewegung von Objekten befassten und werden ihrerseits an die Schicht 4B weitergeleitet. Es gibt auch parvozelluläre, eher objekt- und musterorientierten Fasern. Diese enden vor allem in 4Cβ und deren Zellen projizieren wiederum in die Schichten 2 und 3. Dies ist bereits der Beginn der corticalen Was- und Wo-Bahnen der visuellen Verarbeitung.
Neben diesem horizontalen Aufbau gibt es auch einen vertikalen, dessen funktionale Einheiten Mitte der 1950er Jahre von Vernon Mountcastle (*1918) als „Säulen“ bezeichnet wurden. Mehrere Orientierungssäulen - in denen so genannte „einfache Zellen“ die Ausrichtung einer Linie zwischen 0 und 180 Grad erfassen - bilden gemeinsam eine Augendominanzsäule. Heute fasst man jeweils eine rechte und eine linke Augendominanzsäule zu einer „Hypersäule“ zusammen, die jeweils einen kleinen Abschnitt der Außenwelt abbildet. Von oben hinein in diese Orientierungs- und Augendominanzsäulen senken sich die „Blobs“, die sich erst über eine spezielle Färbetechnik erkennen lassen. Sie sind mit der Verarbeitung von Farbe beschäftigt. Blobs haben keinerlei Orientierungsspezifität, im Gegensatz zum Bereich dazwischen - den Interblobs.
Läsionen im primären visuellen Cortex verhindern die Verarbeitung entsprechender Impulse an der betroffenen Stelle. Auf diese Weise entstehen Ausfälle im Gesichtsfeld - im schlimmsten Fall, bei einer kompletten Zerstörung von V1, ist eine so genannte Rindenblindheit die Folge: Obwohl Netzhaut und Sehbahn intakt sind, ist der Patient völlig blind.
Visuelle Agnosie und die sekundäre Sehrinde
Ausfälle in der sekundären Sehrinde führen nicht zu Gesichtsfeldausfällen. Vielmehr sind die Patienten nicht mehr in der Lage, das Gesehene zuzuordnen oder zu erkennen. Das kann Farben, Formen oder auch Gesichter betreffen. In diesem Fall spricht man von visueller Agnosie.
Lesen Sie auch: Lesen Sie mehr über die neuesten Fortschritte in der Neurowissenschaft.
Die "Was"- und "Wo"-Bahnen der visuellen Verarbeitung
Von der primären Sehrinde gehen die Informationen über zwei Hauptbahnen weiter:
- Dorsale Verarbeitungsbahn ("Wo"-Bahn): Diese Bahn führt zum Scheitellappen und ist für die Lokalisation von Dingen im Raum und die Verarbeitung von Bewegungen zuständig.
- Ventrale Verarbeitungsbahn ("Was"-Bahn): Diese Bahn führt zum Schläfenlappen und konzentriert sich auf die Objekterkennung und die Identifizierung von Dingen.
Die parallele Verarbeitung des Seheindrucks deutet sich bereits auf der Netzhaut durch unterschiedliche Typen von Ganglienzellen an: während zum Beispiel der P-Typ eher auf Farbe spezialisiert ist, antworten M-Ganglienzellen bevorzugt auf Bewegungen. Diese Trennung spiegelt sich im seitlichen Kniehöcker wieder - der einzigen Umschaltstation zwischen Netzhaut und primärer Sehrinde, wo die parvozelluläre und die magnozelluläre Bahn ihren Ursprung haben. Sie bilden sozusagen erste Zufahrtswege zur späteren Was-und-wo-Bahn der visuellen Wahrnehmung.
Wie das Gehirn Sinnesreize verarbeitet: Ein Zusammenspiel verschiedener Hirnregionen
Die visuelle Verarbeitung ist ein komplexer Prozess, an dem verschiedene Hirnregionen beteiligt sind. Die Informationen aus dem Okzipitallappen werden an andere Bereiche des Gehirns weitergeleitet, wo sie mit anderen Sinnesinformationen und Erfahrungen abgeglichen werden.
Die Rolle des Schläfenlappens
In der Sehrinde, aber auch in höheren Gehrinregionen wie dem Schläfenlappen, gibt es zahlreiche Neuronengruppen, die für die Erkennung bestimmter Muster zuständig sind, zum Beispiel Farben, Reize aus der Horizontalen oder Dreiecke. Zur Objekterkennung im Schläfenlappen gibt es zum Beispiel Gruppen von Neuronen, die besonders sensibel auf die Formen wie Dreiecke oder Sterne oder auch auf Gesichter reagieren.
Ein bekanntes Beispiel ist die Prosopagnosie, die Unfähigkeit, Gesichter zu erkennen. Beim Menschen liegt der Grund dafür oft in einer Schädigung des Gyrus fusiformis, einer Hirnwindung im unteren Schläfenlappen. Unmittelbar benachbart liegt ein Areal (FBA), welches an der Erkennung von Körperteilen beteiligt ist, während im parahippocampalen Ortsareal (PPA) zum Beispiel Bilder von Gebäuden verarbeitet werden.
Lesen Sie auch: Tinnitus und Gehirnaktivität: Ein detaillierter Einblick
Aufmerksamkeit und multisensorische Integration
Die beiden parallelen Verarbeitungsströme treffen letztendlich im Stirnlappen erneut zusammen. Zudem gleicht das Gehirn die Analyse auch mit Information aus anderen Ebenen ab: Etwa den Eindrücken aus Hör- und Gleichgewichtssystem, dem Tast- oder dem Riechsinn. Zusätzlich existieren Verschaltungen zu unspezifischen Hirnarealen, die nicht direkt von sensorischen oder motorischen Systemen „befüttert“ werden. Hier passiert zum Beispiel das Einordnen von Eindrücken in Kategorien - etwa, dass sowohl ein Schaukelstuhl, als auch ein Liegestuhl genauso wie ein Puppenfahrradsitz Gegenstände zum Sitzen sind.
In dieser Analyse weisen die Neurone jeder Verarbeitungsstufe eine höhere Abstraktionsfähigkeit auf als in der vorangegangenen Stufe. Lernen spielt dabei eine große Rolle, denn viele Dinge können wir nur wahrnehmen, weil wir sie kennen und ein gewisses Vorwissen haben. Zum Beispiel das „Zurückübersetzen“ eines zweidimensionalen Abbildes in drei Dimensionen: Hinter dem zweidimensionalen Bild eines Gegenstandes können sich theoretisch verschiedene dreidimensionale Objekte verbergen. Das Gehirn entscheidet sich oft für die einfachste beziehungsweise uns am besten bekannte Interpretation. Dabei berücksichtigt es neben der Erfahrung auch Fakten wie den Lichteinfall und Schatten. Viele optische Illusionen funktionieren, indem sie dem Gehirn zu wenige oder mehrdeutige Hinweise zur Interpretation des Gesehenen liefern.
Das Gehirn als Spiegel: Wie Gedanken und Wahrnehmungen entstehen
Die vielfältigen Aktivitäten bedeuten, dass das Gehirn Teile und Ganzheiten parallel wahrnimmt und erzeugt, in innigem Wechselspiel der Ebenen und Aspekte. Hinter den Schädelknochen gibt es kein Licht, keinen Ton, keinen Schmerz. Kein Gefühl. Im Gehirn gibt es auch keine symbolischen Repräsentationen. Neurobiologen sehen“ mit ihren Modellen kurzzeitig gebildete und sich sofort wieder auflösende komplexe Aktivierungsmuster im Netzwerk der Synapsen. Bevor Sinneseindrücke der äußeren materiellen Umwelt in den Kopf hinein gelangen und dort zu Bewusstsein von Wirklichkeit verarbeitet werden können, müssen sie, so die Neurobiologen, in neuronale Impulse umgewandelt werden. Wenn vor unserem geistigen Auge“ Wirklichkeits-Bilder entstehen, können das nur Konstruktionen aus den neuronalen Impulsen sein.
Die Konstruktion von Wirklichkeit
Die Vorstellung, die Welt sei durch unsere Sinne ganz unmittelbar und selbstverständlich wahrnehmbar, ist eine Illusion, die das Gehirn dem Bewusstsein vorspielt. Wahrnehmungsglauben“ (foi perceptive) hat der französische Anthropologe Maurice Merleau-Ponty die Überzeugung genannt, dass wir die Dinge so sehen, wie sie wirklich sind. Aber diese Illusion ist sehr pragmatisch im Sinne von lebensdienlich konstruiert. Wirklichkeit ist das, was wir aktiv und handlungsorientiert erfahren und darauf aufbauend als Lebenswelt konstruieren.
Die Bedeutung von Erfahrung und Lernen
Das Gehirn versteht und lernt, wie es scheint, umso besser, je mehr Beziehungen es zu einem Thema herstellen kann. Lehr- und Lerninhalte sollten vielfältige Zugänge aufweisen und mehrkanalige, kognitive und emotive Verarbeitungsformen miteinander kombinieren.
Die Rolle von Dopamin
Unsere Ohren sind ständig auf Empfang und nehmen Wichtiges genauso wie Unwichtiges wahr. Um Ordnung in das akustische Chaos zu bringen, muss das Gehirn auswählen, welche Information bevorzugt verarbeitet werden soll. Das ist ein komplizierter Lernprozess, bei dem Dopamin eine wichtige Rolle spielt. Dopamin ist ein Neurotransmitter, der im menschlichen Gehirn von gerade einmal 400.000 Nervenzellen im Mittelhirn produziert wird. Ausgeschüttetes Dopamin beeinflusst fast alle Bereiche des Gehirns, in dem es die Kommunikation der Neuronen moduliert.
Zeitwahrnehmung: Eine Konstruktion des Gehirns
Zeit ist kein Gegenstand der sinnlich erfahrbaren Welt. Es gibt keinen Zeitsinn von der Art, wie es zum Beispiel einen Seh- oder Gehörsinn gibt. Zeit aber ist eine Konstruktion. Immanuel Kant deutete die Zeit - neben dem Raum - als reine Anschauung, die der empirischen Anschauung, unserer sinnlichen Erfahrung, vorhergeht. Als reiner Verstandesbegriff gibt die Zeit der wahrgenommenen Welt eine Struktur: “[…] denn wenn man von den empirischen Anschauungen der Körper und ihrer Veränderungen (Bewegung) alles Empirische, nämlich was zur Empfindung gehört, weglässt, so bleiben noch Raum und Zeit übrig, welche also reine Anschauungen sind, die vor aller empirischen Anschauung, d.i. der Wahrnehmung wirklicher Gegenstände, vorhergehen müssen […]”1. Zeit ist demnach die Form, mit der wir zu Wahrnehmungsurteilen kommen; sie stellt ein “physiologisches, d.i. ein Natursystem”2 dar, welches vor aller Erfahrung ist, d.h. aus der Sicht des Betrachters in der wahrgenommenen Welt nicht vorkommt, diese aber in eine zeitliche Ordnung bringt.
tags: #allintext #gehirn #spiegelt #tone #grobhirneinde