Das menschliche Gehirn ist ein komplexes Organ, dessen Funktionsweise bis heute nicht vollständig erforscht ist. Die "Gehirn Detektor Serie Erklärung" bietet Einblicke in die verschiedenen Aspekte der Hirnforschung, von der visuellen Wahrnehmung bis hin zu den Möglichkeiten, die moderne Hirnscanner bieten.
Die visuelle Wahrnehmung: Ein komplexer Prozess
Sehen ist mehr als nur die Übersetzung optischer Signale in Nervenimpulse. Das Gehirn analysiert die Informationen, ordnet sie Stück für Stück und begreift sie. Prof. Dr. erklärt, dass die visuelle Verarbeitung schnell und präzise abläuft und bereits in der Netzhaut beginnt.
Verarbeitung in der Netzhaut und Sehrinde
Verschiedene Ganglienzell-Typen in der Netzhaut sind für die Verarbeitung von Farben oder Bewegungen zuständig. Die Analyse des Gesehenen beginnt in der primären Sehrinde V1. In der Sehrinde, aber auch in höheren Gehirnregionen wie dem Schläfenlappen, gibt es zahlreiche Neuronengruppen, die für die Erkennung bestimmter Muster zuständig sind, zum Beispiel Farben, Reize aus der Horizontalen oder Dreiecke.
Die "Wo"- und "Was"-Bahnen
Von der primären Sehrinde gehen die Informationen über die dorsale Verarbeitungsbahn zum Scheitellappen ("Wo"-Bahn) und über die ventrale Verarbeitungsbahn zum Schläfenlappen ("Was"-Bahn). Die "Wo"-Bahn übernimmt die Lokalisation von Dingen im Raum und Bewegungen, die "Was"-Bahn konzentriert sich auf Informationen wie die Objekterkennung.
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 wider - 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.
Lesen Sie auch: Faszination Nesseltiere: Wie sie ohne Gehirn leben
In der primären Sehrinde (kurz: V1) beginnt die Analyse. Wie der gesamte Cortex ist auch sie in Schichten aufgebaut und parvo- wie magnozelluläre Bahn haben hier unterschiedliche Projektionen. Wer es genau wissen will: Die magnozelluläre Bahn endet in Schicht 4c-alpha, die parvozelluläre Bahn in Schicht 4c-beta. Senkrecht zu diesen Schichten verlaufen funktionelle Säulen von Nervenzellen - ein Prinzip, das ebenfalls im gesamten Cortex zu finden ist. Die Neurone dieser Säulen reagieren beispielsweise auf Reize einer bestimmten Orientierung - horizontal, vertikal oder auch ein Winkel von 35 Grad.
Innerhalb der höheren Gehirnareale existieren wiederum Gruppen von Nervenzellen, die auf noch spezifischere Teilaufgaben spezialisiert sind. 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. Diese ebenfalls stets in Säulen angeordneten Neuronengruppen sind lernfähig - das ist der Grund, warum zum Beispiel Ärzte auf Röntgen- oder Ultraschallbildern viel schneller die entscheidenden Einzelheiten entdecken als jemand, der diese Fertigkeit nie geübt hat. In anderen Hirnregionen wurden Neuronen mit weiteren Spezialisierungen nachgewiesen: V4, das vor allem für Farbe zuständig ist, enthält viele farbselektive Zellen; der medio-temporale Cortex verarbeitet Bewegung und enthält viele richtungssensitive Neurone.
Schädigung bestimmter Hirnareale
Wie aber lassen sich einzelne Areale und Neuronengruppen so spezifischen Fertigkeiten zuordnen? Das geschieht vor allem durch die Untersuchung von Patienten mit lokal begrenzten Hirnschäden. 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.
Bildgebende Verfahren
Zunehmend entstammen die Erkenntnisse zur Lage dieser Areale auch bildgebenden Verfahren wie zum Beispiel fMRI oder PET-Scanner, die es erlauben, dem Gehirn - sozusagen - bei der Arbeit zuzusehen. Genauer betrachtet fließen die Daten nach einer ersten Analyse in der primären Sehrinde auf zwei Wegen in nachgeschaltete Areale des Gehirns. Die dorsale Verarbeitungsbahn reicht Informationen zum oben am Kopf gelegenen Scheitellappen, dem parietalen Cortex, weiter. Die ventrale Verarbeitungsbahn führt zum Schläfenlappen, dem temporalen Cortex.
Für die umfassende Wahrnehmung reicht die Aufteilung in dorsale und ventrale Verarbeitungsbahn jedoch nicht aus. 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. Den Input unterschiedlicher sensorischer Informationen, etwa durch Sehen und Tasten, vermag das Hirn recht zuverlässig zu beurteilen und zu integrieren. Wirkt etwa ein Gegenstand beim Berühren größer als er aussieht, misst der Wahrnehmungsapparat der haptischen Information mehr Bedeutung bei als der visuellen Information - und bildet einen recht zuverlässigen Durchschnittswert. Auf dieser Ebene wird es zunehmend schwieriger, die Funktionsweise des Sehsystems in allen Einzelheiten zu erforschen und zu begreifen.
Lesen Sie auch: Lesen Sie mehr über die neuesten Fortschritte in der Neurowissenschaft.
Digitalkameras und die Grenzen der künstlichen Intelligenz
Digitalkameras werden immer schlauer. Die Entwicklung begann vor einigen Jahren damit, dass die Geräte lernten, auf Gesichter zu fokussieren. Heute können sie sogar einzelne Personen unterscheiden oder schießen Fotos automatisch dann, wenn jemand lacht. Dahinter steckt ein komplizierter Analyseprozess, der nach ovalen Formen, Hautfarbe und Punkten in bestimmten Abständen - der Augen - sucht und der manchmal schon von einer Sonnenbrille überlistet wird. Ein Fehler, der dem visuellen System des Menschen nicht passieren würde. Aber auf welche Weise es das Gehirn anstellt, den reinen optischen Informationen einen Sinn zu geben, ist bis heute nicht vollständig erforscht.
Der Connectom: Einblick in die innere Verdrahtung des Gehirns
Das Max-Planck-Institut für Kognitions- und Neurowissenschaften (MPI CBS) in Leipzig setzt seit kurzem auf den Connectom, einen der drei besten Hirnscanner weltweit, um die innere Verdrahtung des Gehirns zu erforschen.
Funktionsweise des Connectoms
Der Connectom, der von außen wie ein herkömmlicher MRT-Scanner aussieht, verfügt über eine Technologie, die präzise Auskunft über die Verknüpfungen im Gehirn geben kann. Er ermöglicht es, den Verlauf der Faserverbindungen in den Tiefen des Gehirns zu verfolgen, Kreuzungen und Richtungsänderungen zu erkennen und festzustellen, welche Hirnareale in engem Datenaustausch stehen. „Durch ihn werden wir erfahren, wie die Nervenfaserbündel im Gehirn verlaufen, die als Datenautobahnen die einzelnen Hirnareale miteinander verbinden“, so Prof. Nikolaus Weiskopf, Direktor am MPI CBS und wissenschaftlicher Leiter des Connectoms.
Sein Geheimnis liegt in seinem besonders großen Magnetfeldgradienten. Mit 300 Millitesla pro Meter ist dieser bei ihm beinahe vierfach höher als bei den derzeit besten Serien-Tomographen. Auf dem Prinzip der sogenannten diffusionsgewichteten Magnetresonanztomographie aufbauend kann er so sehr viel präziser die Diffusion der Wassermoleküle im Gehirn erfassen und darüber Rückschlüsse auf die Faserverbindungen ziehen. Dabei macht er sich zunutze, dass Zellmembranen oder andere Hindernisse die Bewegungen der Wasserteilchen beeinflussen, sodass diese sich entlang von Nervenfasern rascher bewegen als quer zu ihnen. Aus Diffusionsmessungen entlang verschiedener Richtungen lässt sich so der Verlauf, die Form und die Größe der Nervenfasern rekonstruieren - ohne dass die Neurowissenschaftler dazu die nur wenige Mikrometer großen Axone direkt sehen können. „Was den präzisen Verlauf der Nervenfasern anbelangt, ist der Connectom der absolute Champion, ein Meilenstein der Hirnforschung und modernen Medizintechnik“, so Prof.
Anwendungen des Connectoms
Die Leistung des Connectoms liegt jedoch nicht nur darin, die Faserverbindungen unseres Denkorgans zu entschlüsseln. Vielmehr wird er uns mit seiner gegenüber Standard-Scannern bis zu zehnfach höheren Auflösung den Blick in bisher unerforschte anatomische Mikrostrukturen am lebenden menschlichen Gehirn freimachen. „Wir wollen auf eine Ebene von rund 0,6 Millimeter gelangen“, so Weiskopf über die von SIEMENS Healthcare entwickelte Anlage. „Damit können wir endlich einen deutlich genaueren Einblick in den nur rund drei Millimeter dünnen Cortex bekommen, der für unsere höheren kognitiven Fähigkeiten so entscheidend ist. Vielleicht erreichen wir sogar eine Größenskala, auf der sich zwischenmenschliche Unterschiede erklären lassen.“
Lesen Sie auch: Tinnitus und Gehirnaktivität: Ein detaillierter Einblick
Warum ist ein Mensch ängstlicher als ein anderer? Warum kann sich einer Dinge besser merken, als ein anderer? Warum lernt der eine Fremdsprache in Windeseile, während der andere sich eher schwertut? Und nicht nur die: Auch bisher ungelöste Rätsel zur Anpassungsfähigkeit des Gehirns, der Hirnplastizität, könnten damit gezielt untersucht werden. Was verändert sich beispielsweise in der Mikrostruktur des Gehirns, wenn eine Person nach einem Schlaganfall bestimmte Bewegungen wiedererlernt?
Kombination verschiedener Hirnscanner
Nicht nur der Connectom allein wird in den kommenden Jahren bahnbrechende Aufnahmen des Gehirns liefern. Auch die anderen Tomographen am Leipziger MPI CBS werden ganz neue Möglichkeiten bieten, die Vorzüge jedes einzelnen miteinander zu kombinieren. „Jeder der Hirnscanner kann andere Strukturen und Aspekte sichtbar machen. Unser Ziel ist es daher, die Aufnahmen der einzelnen Scanner zu einem biophysikalischen Gesamtmodell des Gehirns zusammenzufügen“, erklärt Weiskopf. „Eine dünner werdende Myelinschicht der Nervenzellen und eine ansteigende Eisenkonzentration etwa sind frühe Anzeichen von Alterungsprozessen. Diese einmalige Kombination der Technologien bietet den Wissenschaftlern am MPI CBS damit nicht nur die Möglichkeit, die Anfangsstadien neurodegenerativer Krankheiten besser zu verstehen. Vielmehr eröffnet sie ihnen ein vollkommen neues Fenster in die Grundlagenforschung der Neurowissenschaft. „Ich bin überzeugt davon, dass sich dadurch unser Verständnis des Gehirns um Dimensionen vertiefen wird und wir vermutlich bisherige Annahmen wieder über Bord werfen werden. Insbesondere in Bezug auf die bislang weitgehend unbekannten Faserverbindungen, die sich in den letzten Jahren als die unterschätzten, eigentlich entscheidenden Hirnstrukturen herauskristallisiert haben“, so Prof. Angela D. Friederici, Vizepräsidentin der Max-Planck-Gesellschaft und ebenfalls Direktorin am MPI CBS in Leipzig als einem der europaweit führenden Standorte der Neurowissenschaft.
Neuromarketing: Die Anwendung der Hirnforschung im Marketing
Neuromarketing nutzt Erkenntnisse der Hirnforschung, um Marketingstrategien zu optimieren. Dabei werden die Gehirnaktivitäten von Konsumenten gemessen, um herauszufinden, welche Reize positive Reaktionen auslösen.
Der "Pepsi-Test"
Das wahrscheinlich bekannteste Neuromarketing-Experiment ist der so genannte „Pepsi-Test“ aus dem Jahr 2003. Forscher vom amerikanischen Baylor College of Medicine in Houston, Texas, wollten herausfinden, welche Gedanken den Menschen durch den Kopf gehen, wenn sie einen Softdrink zu sich nehmen. Dazu baten sie ihre Probanden zum Blindtest. Die Teilnehmer wurden aufgefordert, Pepsi und Coca Cola zu trinken und die beiden Softdrinks zu vergleichen. Während des Tests wurden die Gehirnaktivitäten der Probanden durch eine funktionelle Magnetresonanztomographie (fMRT, früher auch als Kernspintomographie bezeichnet) gemessen. Der Blindtest brachte ein deutliches Ergebnis: Die meisten Teilnehmer sagten, dass ihnen Pepsi besser schmeckt. Danach wurde das Experiment wiederholt - mit dem kleinen Unterschied, dass die Probanden nun wussten, was sie trinken. Und siehe da: Dadurch änderte sich nicht nur das Urteil der Probanden, die nun eine Präferenz für Coca Cola artikulierten, sondern auch ihr Gehirnstoffwechsel. Der bewusste Konsum von Coca Cola sorgte für eine stärkere Aktivität des Gehirns als der von Pepsi. Der Vergleichstest der US-Forscher lieferte ein Indiz dafür, dass eine Konsumentscheidung nicht nur vom direkten Konsumerlebnis abhängt, sondern auch von abgespeicherten Erinnerungen und subjektiven Eindrücken, die mit einem Produkt assoziiert werden.
Sportwagen vs. Limousinen
Auch in der Automobilindustrie wurde Neuromarketing bereits eingesetzt. Ein Pionier auf diesem Gebiet war der deutsch-amerikanische Konzern Daimler-Chrysler, der 2004 eine neurologische Studie an der Universität Ulm durchführte. Dabei wurden männlichen Testpersonen verschiedene Bilder von Sportwagen, Limousinen und Kleinwagen gezeigt. Bei der gleichzeitigen Messung der Gehirnaktivität durch eine fMRT zeigte sich, dass die Bilder der Sportwagen eine besonders starke Aktivität von Gehirnregionen bewirkten, die für Belohnung und Selbstbestätigung stehen. Später wurde berichtet, der Automobilkonzern habe ein Patent auf ein neurologisch fundiertes Verfahren zur Optimierung und Erfassung von Produktattraktivität oder Produktakzeptanz angemeldet, bei dem Gehirn-Scans eingesetzt würden.
Brain Branding
Ein weiterer Akteur, der das Thema vorantreibt, ist die Werbeagentur BBDO. Unter dem Titel „Brain Branding“ wurde bereits 2004 eine Strategie entwickelt und veröffentlicht, um das Potenzial von neurobiologischen Methoden für Marketingkampagnen stärker zu nutzen. „Die Hirnforschung hat das Potenzial, die Markenforschung und das Markenmanagement grundlegend zu revolutionieren", heisst es in einem programmatischen Strategiepapier zum Thema Neuromarketing. Dieses Anliegen stößt in der wissenschaftlichen Welt auf positive Resonanz. Ein Hirnforscher aus Bonn richtete bereits einen entsprechenden Appell an die Werbewirtschaft und rief Unternehmen dazu auf, das Potenzial der Hirnforschung stärker zu nutzen. Hintergrund: Für die wissenschaftliche Welt ist Auftragsforschung im Dienste der Werbewirtschaft eine interessante Einnahmequelle, um die Anschaffung und Unterhaltung von teuren Geräten zu finanzieren, die für die Hirnforschung gebraucht werden.
Die weitere Entwicklung des Themas Neuromarketing wird vor allem von den künftigen Fortschritten der Hirnforschung abhängen, denn sie kann neue Instrumente liefern, die in der Marketingwelt offenbar sehnsüchtig erwartet werden. Bislang steckt das ganze Gebiet zwar noch in den Kinderschuhen, denn der Blick in das Gehirn der Konsumenten ist noch zu unscharf, um ein manipulatives Potenzial zu entfalten.
Messung des intrakraniellen Drucks (ICP)
Der intrakranielle Druck (ICP) ist der Druck innerhalb des Schädels, insbesondere innerhalb des Hirngewebes und des Liquors. Neuromonitoring-Katheter wie die NEUROVENT-Serie von RAUMEDIC sind spezielle Geräte zur Messung des ICP. Sie werden an verschiedenen Messorten in das Gehirn eingeführt und ermöglichen die direkte Überwachung von Druckveränderungen.
Methoden zur ICP-Messung
RAUMEDIC bietet zahlreiche Möglichkeiten zur Messung des intrakraniellen Drucks. Ein Katheter kann zwischen die Dura mater (die äußerste Schicht der Schutzhülle des Gehirns) und die Innenfläche des Schädels platziert werden. Diese Methode ist weniger invasiv als die parenchymatöse oder ventrikuläre Messung. Alternativ kann ein Katheter zur Druckmessung direkt in das Hirngewebe (Parenchym) eingeführt werden. Dies ist eine der gängigsten Methoden der ICP-Messung. Aufgrund seiner beträchtlichen Größe als Teil des Gehirns bietet das Parenchym günstige Möglichkeiten für die Katheterapplikation. Ein weiteres Verfahren ist die Platzierung eines Katheters in den lateralen Ventrikel, einen mit Liquor gefüllten Raum.
Bedeutung der ICP-Messung
Eine genaue ICP-Messung ist von entscheidender Bedeutung, denn sie liefert wichtige Daten über den Gesundheitszustand des Gehirns und trägt dazu bei, Behandlungsentscheidungen zu treffen. Ein erhöhter ICP kann die Durchblutung des Gehirns behindern, was zu Gewebeschäden und einer Verschlechterung neurologischer Erkrankungen führen kann. Ein rechtzeitiges Eingreifen auf der Grundlage präziser ICP-Messungen ist daher entscheidend für die Optimierung der Patientenergebnisse in der neurokritischen Versorgung.
Durch das beschränkte Ausdehnungsvolumen des Schädels aufgrund seiner starren Beschaffenheit kann jede Volumenzunahme im Schädelinneren zu einem Anstieg des intrakraniellen Drucks (ICP) führen. Dies stellt ein ernstes Problem dar, da das im Schädel eingeschlossene Gehirn nur begrenzt Platz hat, um zusätzliches Volumen oder Druck aufzunehmen.
Scanner-Persönlichkeiten: Multitalente und ihre Vielfalt
Die Begriffe „Scanner“ und „Taucher“ hat die amerikanische Autorin Barbara Sher bereits 1979 geprägt. Ihr Buch „Du musst dich nicht entscheiden, wenn du tausend Träume hast“ gilt als das Standardwerk, um Vielbegabte zu beschreiben. Das Wort „Scanner“ ist quasi Sinnbild für die Fähigkeit von Multitalenten, Zusammenhänge auf einen Blick zu „scannen“, also zu erfassen.
Zyklische und Sequenz-Scanner
Sher unterscheidet zwei Gruppen von Vielbegabten: die zyklischen Scanner und die Sequenz-Scanner. Zyklische Scanner haben vier oder fünf Interessensgebiete und nehmen sie nach einiger Zeit immer wieder auf. Sequenz-Scanner hingegen beschäftigen sich nicht wiederholt mit denselben Themen - sondern sammeln Erfahrungen in immer neuen Bereichen.
Abgrenzung von anderen Konzepten
Nicht jeder, dem es schwerfällt, sich zu entscheiden, ist ein Multitalent. Manche Menschen springen auch von Idee zu Idee, um zu einer klaren Entscheidung zu kommen - und bleiben dann dabei. Es gibt auch Menschen, die sich mit dem Scanner-Begriff identifizieren, weil sie sich schwertun, sich auf eine Sache zu konzentrieren und stattdessen hin- und herspringen. Doch dass Scanner-Persönlichkeiten sich nicht gut konzentrieren können, ist ein Irrglaube. Sie können das durchaus.
ADHS und Vielbegabung hängen nicht zusammen. Es gibt vielbegabte Scanner-Persönlichkeiten mit ADHS, aber auch viele ohne.