Die Beziehung zwischen dem Geistigen Auge und dem Gehirn ist ein faszinierendes und komplexes Feld, das Neurowissenschaften, Psychologie und Philosophie miteinander verbindet. Es geht darum, wie unsere Vorstellungskraft, Wahrnehmung und Erinnerungen im Gehirn verarbeitet werden und wie diese Prozesse unser Verhalten und unsere Entscheidungen beeinflussen.
Vorstellungskraft und neuronale Aktivität
Eine aktuelle Studie der Universität von Colorado Boulder (CU Boulder) und des MPI CBS zeigt, dass allein die Vorstellung einer positiven Begegnung mit jemandem dazu führen kann, dass man diese Person mehr mag. Diese Entdeckung unterstreicht die konkreten Auswirkungen lebhafter Vorstellungen auf unser Nervensystem und unser Verhalten. Die Ergebnisse eröffnen potenziell neue Wege zur Behandlung psychischer Probleme, zur Verbesserung von Beziehungen und sogar zur Steigerung der sportlichen und musikalischen Leistungsfähigkeit.
Lernen aus imaginären Erfahrungen
Die Studie belegt, dass wir aus imaginären Erfahrungen lernen können und dass dieser Lernprozess im Gehirn auf ähnliche Weise abläuft wie das Lernen aus tatsächlichen Erfahrungen. Dies deutet darauf hin, dass Vorstellungskraft nicht passiv ist, sondern aktiv beeinflussen kann, was wir erwarten und wie wir Entscheidungen treffen.
Gemeinsame Gehirnregionen für Vorstellungskraft und Gedächtnis
Frühere Forschungen haben gezeigt, dass dieselben Gehirnregionen uns nicht nur ermöglichen, uns an die Vergangenheit zu erinnern, sondern auch die Zukunft vorzustellen. Kinder entwickeln die Fähigkeit, sich zukünftige Ereignisse vorzustellen und sich zu erinnern, etwa im gleichen Alter - mit drei Jahren. Bei älteren Erwachsenen nehmen diese Fähigkeiten tendenziell ebenfalls etwa im gleichen Alter ab. Und Menschen mit Schäden an den Gedächtniszentren im Gehirn fällt es schwer, sich neue Erfahrungen vorzustellen.
Der Belohnungsvorhersagefehler
Die Forscher testeten, ob eine imaginäre Begegnung denselben Mechanismus im Gehirn in Gang setzen würde wie eine reale Begegnung. Sie konzentrierten sich auf den "Belohnungsvorhersagefehler", ein Phänomen, das entscheidend dazu beiträgt, dass Menschen Präferenzen entwickeln, Gewohnheiten bilden und lernen. Wenn wir etwas in der realen Welt begegnen, das uns mehr Belohnung verschafft, als wir erwartet hatten, schüttet unser Gehirn eine Portion des Neurotransmitters Dopamin aus, um zu signalisieren, dass uns diese Begegnung unerwarteterweise gefällt.
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Die Rolle des ventralen Striatums
In einem funktionellen Magnetresonanztomographen (fMRT) wurden den Teilnehmern die Namen von Personen gezeigt, die sie als neutral eingestuft hatten. Sie wurden angewiesen, sich 8 Sekunden lang entweder eine positive oder eine negative Erfahrung mit dieser Person lebhaft vorzustellen. Die Teilnehmer entwickelten eine Vorliebe für die Personen, mit denen sie mehr positive imaginäre Erlebnisse hatten. Die Art und Weise, wie sie zu dieser Präferenz gelangten, zeigte sich deutlich in ihren Gehirnscans: Das ventrale Striatum, die Hauptregion des Gehirns, die für die Vorhersage von Belohnungsfehlern zuständig ist, leuchtete während der Vorstellung stärker auf, wenn die Teilnehmer eine unerwartet positive Erfahrung machten und somit einen stärkeren Vorhersagefehler erlebten.
Anwendungsmöglichkeiten in der Psychotherapie
Die Forschungsergebnisse sind für zahlreiche Anwendungsmöglichkeiten bedeutsam, beispielsweise im Bereich der Psychotherapie. Anstatt sich realen Ängsten auszusetzen, wie es bei der gängigen Phobiebehandlung, der Expositionstherapie, praktiziert wird, können Betroffene diese einfach vorstellen und ähnliche Ergebnisse erzielen. Um Spannungen am Arbeitsplatz abzubauen, könnte man sich eine positive Zeit mit einem Kollegen vorstellen, zu dem man kein so gutes Verhältnis hat. Dies könnte der Beziehung zu einem Neustart verhelfen.
Die Schattenseiten der Vorstellungskraft
Die Vorstellungskraft hat jedoch auch ihre Schattenseiten. Menschen mit Angstzuständen und Depressionen neigen dazu, sich negative Dinge lebhaft vorzustellen, was die Probleme verschlimmern kann. Es ist wichtig zu beachten, dass die Studie nicht ergab, dass die Vorstellung negativer Erfahrungen mit Personen dazu führte, dass die Teilnehmer diese weniger mochten.
Wahrnehmung und Realität
Mentale Bilder entspringen denselben Hirnregionen, die auch Gesehenes verarbeiten. Das Gehirn steht vor der ständigen Herausforderung, zwischen Realität und Einbildung zu unterscheiden.
Die Realitätsschwelle
Neurowissenschaftler haben eine "Realitätsschwelle" identifiziert, die bestimmt, ob wir etwas als real oder als Vorstellung wahrnehmen. Signale aus Wahrnehmung und Vorstellung vermischen sich im Gehirn, und unterschwellige Wahrnehmungen können durch gleichzeitige Vorstellungen verstärkt werden.
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Die Rolle des Gyrus fusiformis
Der Gyrus fusiformis, auch Spindelwindung genannt, spielt eine wichtige Rolle bei der Differenzierung von Wirklichkeit und Einbildung. Er ist aktiv, wenn wir Gesichter, Körperteile, Farben und geschriebene Wörter erkennen. Auch die vordere (anteriore) Inselrinde, die eine wichtige Rolle bei der menschlichen Selbstwahrnehmung spielt, ist beteiligt.
Implikationen für die Medizin
Die Forschung ist auch für die Medizin von Bedeutung. Menschen, die unter einer Psychose leiden, verlieren häufig die Fähigkeit, zwischen innerer und äußerer Welt zu unterscheiden. Denkbar wäre, dass ihre mentalen Bilder so eindrücklich sind, dass sie die Realitätsschwelle des Hirns überschreiten - oder dass der Schwellenwert selbst sich verschiebt.
Visuelle Wahrnehmung und das Gehirn
Unsere Augen bewegen sich häufiger als unser Herz schlägt, was bedeutet, dass sich auch ständig die Umwelt über unsere Netzhaut bewegt. Trotzdem nehmen wir unsere Umwelt stabil wahr, da unsere Wahrnehmung aktiv vom Gehirn konstruiert wird.
Die Konstruktion von Geschwindigkeit
Auch im Alltag müssen wir häufig Geschwindigkeiten ermitteln, etwa von Fahrzeugen, wenn wir eine Straße überqueren. Dabei verlassen wir uns auf unsere intuitive Geschwindigkeitswahrnehmung. Über die Augen erhält das Gehirn visuelle Informationen, die dabei helfen, Geschwindigkeiten einzuschätzen.
Probleme bei der Geschwindigkeitswahrnehmung
Das Gehirn steht vor mehreren Herausforderungen bei der Konstruktion unserer Wahrnehmung:
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- Ein kleines Fenster in die weite Welt: Wir haben das Gefühl, unsere Umwelt jederzeit vollständig und detailreich wahrzunehmen, doch das ist bloß ein cleverer Trick unseres Gehirns. Unsere Sehschärfe ist im Zentrum unseres Blickfeldes (Fovea) am höchsten und fällt zum Rand hin deutlich ab.
- Zur richtigen Zeit am richtigen Ort: Bewegliche Objekte stellen das Gehirn vor eine weitere Herausforderung. Um eingehende visuelle Informationen zu verarbeiten, braucht das Gehirn jedoch mindestens eine Zehntelsekunde. Während dieser Zeit hat sich das mobile Objekt aber weiterbewegt. Das Gehirn muss diese Verzögerung nun einberechnen, um unsere Augen nicht zu einer längst vergangenen Position des Objekts zu steuern.
- Alles ist relativ: Während unser Blick ein mobiles Objekt verfolgt, bewegen sich unsere Augen zwangsläufig mit. Dadurch wird das Objekt - trotz seiner Bewegung - stationär auf die Netzhaut projiziert. Unsere Netzhautprojektion stimmt nun nicht mehr mit den realen Gegebenheiten überein.
Kompensationsmechanismen des Gehirns
Das Gehirn hat gelernt, mit diesen Problemen umzugehen und ein Arsenal an Kompensationsmechanismen entwickelt. Es berechnet Geschwindigkeit primär über die zeitliche Veränderung von Helligkeitsunterschieden und korrigiert Projektionsfehler auf der Netzhaut.
Die Netzwerkstruktur des Gehirns
Die Erforschung der komplexen Netzwerkstruktur des Gehirns ermöglicht einen neuen Blick auf alte philosophische Fragen rund ums Denken. Mentale Phänomene lassen sich bis zu einem gewissen Grad eingrenzen und an einem Ort im Gehirn lokalisieren, allerdings sind sie letztlich das Ergebnis der Teamarbeit von teils weit verteilten Neuronennetzwerken.
Neuronale Repräsentation
Hirnforscher sprechen in Bezug auf die Sprache des Gehirns gerne vom "neuronalen Code". Es geht etwa um die Frage, wie unser Gehirn Erinnerungen auf der neuronalen Ebene abbildet. Solche Repräsentationen im Bereich der Gedächtnisleistungen werden vermutlich von räumlich weit verteilten Neuronen aus verschiedenen Netzwerken gebildet.
Kausalität im Gehirn
Kausalität im Gehirn ist eine komplexe Angelegenheit. Neuronale Prozesse durchlaufen Verzweigungspunkte, an denen ihr weiterer Verlauf nicht determiniert ist. Sie lassen sich daher nur bedingt vorausberechnen. Außerdem gibt es im Gehirn auch verschiedene Arten von Kausalität, sowohl "Aufwärtskausalität" als auch "Abwärtskausalität".
Die Bedeutung von Neuronennetzwerken
Die Idee, Mentales einzelnen Hirnregionen zuzuordnen, hat sich gewandelt. Hirnforscher rücken mehr und mehr die Bedeutung von ganzen Neuronennetzwerken für mentale Leistungen in den Fokus.
Das Konnektom
Neurowissenschaftler arbeiten an der Erstellung einer Art Schaltplan des Gehirns, dem so genannten "Konnektom". Alle Nervenzellen und ihre Verknüpfungen untereinander sollen auf dieser dreidimensionalen Karte im Optimalfall verzeichnet werden. Man erhofft sich, über diese Nachbildung Aufschluss über die Funktionen der Nervenzellen zu gewinnen.
Gedächtnisbildung und neuronale Oszillationen
Die moderne Neurowissenschaft erforscht eingehend, wie unser Gehirn Informationen speichert und zur Abrufung bereithält - wie also das Gedächtnis entsteht. Zellen scheinen ihre Aktivität präzise in einen gemeinsamen Takt einzubinden. Diese "Netzwerk-Oszillationen" erlauben es, Informationen zu speichern.
Alpha-Rhythmus und visuelle Wahrnehmung
Geistige Leistungen gehen mit messbaren Änderungen der Hirnfunktionen einher. Beispielsweise wird der Alpharhythmus bei einer visuellen Wahrnehmung unterdrückt.
Neuronale Rhythmen und mentale Leistungen
Unser Gehirn arbeitet fast immer in Rhythmen, die ganz bestimmten Funktionen - und damit mentalen Leistungen - zugeordnet werden können.
Phasenkodierung von Informationen
Neuronale Netzwerke können Information auch durch komplexe räumlich-zeitliche Muster der elektrischen Aktivität kodieren. Das Aktionspotenzial kann eine weitere Information transportieren, und zwar dadurch, dass es in einer bestimmten Phase der Grundschwingung des Netzwerkes auftritt. Diese Form der Informationsübertragung nennt man Phasenkodierung.
Der Hippocampus und das episodische Gedächtnis
Für das Speichern von Wahrnehmungsinhalten, die sequenziell erfasst und gespeichert werden, ist ein Kerngebiet im Schläfenlappen bedeutend, dessen Form an ein Seepferdchen erinnert und die deshalb "Hippocampus" genannt wird. Der Hippocampus enthält Ortszellen ("place cells"), die immer dann Aktionspotenziale ausbilden, wenn die Ratte sich an einem bestimmten Ort aufhält.
"Ripples" und langfristige Gedächtnisspuren
Man nimmt an, dass die so genannten "ripples" (engl. kleine Wellen) gewissermaßen die Erinnerungsspuren auslesen, die anschließend in der Hirnrinde gespeichert werden. "Ripples" sind demnach das neuronale Korrelat der dauerhaften Festigung von Gedächtnisinhalten.
Elektrische Synapsen
Neurone sind bei "ripples" nicht durch chemische Kommunikation mit Überträgersubstanzen gekoppelt, sondern durch unmittelbare elektrische Kontakte. Viele oszillierende Netzwerke werden durch die elektrische Kopplung von Nervenzellen synchronisiert.
Mentales Training und Sinnesschärfung
Mentales Training wirkt sich nicht nur im Sport positiv auf das Lernen aus, sondern auch bei Wahrnehmungsaufgaben. Wer seine Sinne schärfen möchte, kann sich die zu lösende Aufgabe ebenso gut mehrmals vor sein geistiges Auge holen.
Perzeptuelles Lernen
Beim perzeptuellen Lernen wird die Fähigkeit trainiert, geringe Unterschiede in einem Bild oder Abweichungen vom Hintergrund wahrzunehmen.
Optische Täuschungen und Scheinbewegung
Nicht alles, was wir wahrnehmen, ist auch real. Optische Täuschungen entstehen häufig dadurch, dass die von den Augen kommenden Informationen von verschiedenen Regionen des visuellen Kortex komplex aufbereitet werden.
Die Konstruktion von Illusionen
Das Gehirn ist in der Lage, aus wenigen Bruchstücken einen kontinuierlichen Zusammenhang zu konstruieren. Jene Hirnareale, von denen man bisher annahm, dass sie Informationen aus dem Auge ohne größere Veränderungen abbilden, erweisen sich auch als Helfershelfer bei der Konstruktion von Illusionen.
Die Sehbahn
Die Sehbahn ist eine lebenswichtige, unsichtbare Verbindung zwischen Augen und Gehirn, die Ihnen ermöglicht, die Welt um Sie herum zu sehen und zu interpretieren.
Der Weg der visuellen Informationen
Die visuelle Wahrnehmung beginnt in der Netzhaut des Auges (Retina), wo die visuellen Rezeptoren lichtinduzierte Signale erfassen. Diese Signale werden durch die Zellkörper des ersten Neurons in der äußeren Körnerschicht interpretiert und an die bipolaren Nervenzellen weitergeleitet, die als das zweite Neuron der Sehbahn agieren. Von hier aus erfolgt ein direkter Weg zu den multipolaren Ganglienzellen, welche die Signale weiter verstärken und entlang des Sehnervs zum Gehirn führen.
Das Chiasma opticum
Im Zentrum des visuellen Systems findet sich eine entscheidende Schaltstelle: das Chiasma opticum. In dieser Kreuzung verweben sich die Pfade der Sehnerven auf eine Weise, die für die Repräsentation des Gesichtsfeldes ausschlaggebend ist.
Die Gratiolet-Sehstrahlung
Die Gratiolet-Sehstrahlung ist das neurale Bindeglied zwischen dem seitlichen Kniehöcker und dem visuellen Kortex im okzipitalen Lappen. Die Axone, die diese Bahn formen, sind in ihrer Gesamtheit eine wichtige Komponente des Sehsystems. Sie übermitteln die visuellen Informationen, die letztlich zur Bildung von dem führen, was Sie als Bild vor sich sehen.
Unbewusste Prozesse
Etwa 10% der Fasern des Sehnervs sind an unbewussten Prozessen beteiligt, die weitreichende Auswirkungen auf das tägliche Leben haben.
Die Sehrinde und die Makula
In der Sehrinde entsteht ein Übersetzen von Lichtstrahlen in eine Sprache, die das Gehirn versteht. Die Makula - der Teil der Netzhaut, der für die klarste Sicht zuständig ist - nimmt in der Sehrinde eine überproportionale Repräsentationsfläche ein.
Störungen der Sehbahn
Das komplexe System der Sehbahn kann verschiedenen Beeinträchtigungen unterliegen, die von der Netzhaut bis zum Gehirn reichen. Derartige Störungen können sich in Form neurologischer oder okulärer Erkrankungen manifestieren, wie z.B. Entzündungen des Sehnervs, Optikusatrophie und Papillenödeme.
Die Maschinenmetapher und das Gehirn
Die Maschinenmetapher ist ein Leitprinzip wissenschaftlichen Denkens. Im heutigen Zeitalter von Hochleistungsrechnern und „künstlicher Intelligenz“ haben Begriffe wie Netzwerk, Modul und Rechenleistung sehr starken Einfluss darauf, wie Wissenschaftler geistiges Verhalten betrachten.
Die ersten Schritte der visuellen Reizverarbeitung
Roska zerlegte einige frühe Schritte der visuellen Reizverarbeitung, bei denen konfiguriert wird, wie Säugetiere bestimmte Reize wahrnehmen und auf sie reagieren. Beginnend mit ganz grundlegenden Strukturen der Retina beschrieb Roska Anordnungen einzelner Stäbchen und Zapfen, die zuerst durch visuelle Reize stimuliert werden. Die Struktur ihrer Verbindungen sieht er als erste Ebene neuraler Rechenleistung.
Der horizontale optokinetische Reflex
Um die genetische Grundlage der Verbindung zwischen visuellen Reizen und Verhaltensreaktionen zu erforschen, nutzte die Forschungsgruppe um Roska ein Verhaltensmuster namens „horizontaler optokinetischer Reflex.“ Bei einem menschlichen genetischen Defekt namens „kongenitaler (angeborener) Nystagmus“ ist dieser Reflex gestört.
Die Rolle von FRMD7
Das Problem wurde mit Defekten an einem Gen namens FRMD7 in Verbindung gebracht. Die Wissenschafter fanden heraus, dass das Protein FRMD7 speziell in sogenannten Starburst-Amakrinzellen gebildet wird, benannt nach ihrer sternförmig sich ausbreitenden Form. Sie verbinden die Netzhaut mit bestimmten Nervenzellen, den richtungssensitiven Ganglienzellen.