Auf den Rhythmus kommt es an
Wie rhythmische Gehirnaktivitäten unsere Wahrnehmung beeinflussen
Auf das Wesentliche konzentrieren - diese Fähigkeit ist entscheidend, um in einer komplexen Umwelt mit unzähligen Sinneseindrücken zurecht zu kommen. Aber wie gelingt es unserem Gehirn, zwischen relevanten und irrelevanten Informationen zu unterscheiden? Dass rhythmische Aktivität im Gehirn dabei eine Rolle spielt, ist seit längerem bekannt. Wissenschaftler vom Deutschen Primatenzentrum – Leibniz-Institut für Primatenforschung und von der Universität Melbourne, Australien, haben Studien zu diesem Thema genauer unter die Lupe genommen. Sie fanden heraus, dass die Kopplung von niedrigeren und höheren Schwingungsfrequenzen für Feinabstimmung im Gehirn sorgt und damit die Grundlage ist für höhere kognitive Funktionen, wie beispielsweise selektive Aufmerksamkeit.
Ähnlich wie ein Funkempfänger, der Radiosender anhand unterschiedlicher Frequenzen unterscheidet (rechts unten), differenzieren höhere Hirnbereiche die Quelle eines eingehenden Nervensignals aus einem niedrigeren Hirnbereich anhand der Frequenz. In der Zeichnung eines menschlichen Gehirns markieren A und B Hirnareale, die Farb- bzw. Bewegungsrichtungsinformationen getrennt verarbeiten. C kennzeichnet höhere Hirnareale, die die Informationen über einzelne visuelle Merkmale zu einer einheitlichen Wahrnehmung von visuellen Objekten kombinieren. In diesem Beispiel werden die Farb- und Bewegungsrichtung des Gleitschirms separat in den Bereichen A und B analysiert und dann im Bereich C kombiniert, um die vollständige Wahrnehmung des Gleitschirms zu ermöglichen. Abbildung: Deutsches Primatenzentrum
Beteiligtes Bernstein Mitglied: Stefan Treue
Kein Flackern, kein Rauschen: Wir sehen ein gleichbleibendes Bild unserer Umwelt. Aber dieser Eindruck trügt, unsere Wahrnehmung schwankt mehrmals pro Sekunde zwischen hochpräzisen und unpräzisen Zuständen. Ursache für diese Fluktuationen sind rhythmische elektrische Aktivitäten im Gehirn, die sich zwischen einem und 250 Hertz bewegen. Mit Hilfe dieser unterschiedlichen Frequenzen reguliert das Gehirn, wie Informationen zwischen verschiedenen Hirnregionen übertragen werden. Neurowissenschaftler vom Deutschen Primatenzentrum in Göttingen und der Universität Melbourne, Australien, haben Studien zu diesem Thema kritisch überprüft und daraus abgeleitet, wie das Zusammenspiel der unterschiedlichen Frequenzen grundlegende Wahrnehmungsprozesse im Gehirn steuert.
Frequenzübergreifende Kopplung ermöglicht selektive Aufmerksamkeit
Ein grundlegendes, in allen Hirnregionen beobachtetes Phänomen ist, dass langsame Rhythmen von ungefähr vier bis acht Hertz die Stärke von schnelleren Rhythmen von ungefähr 40 bis 80 Hertz modulieren. Dies nennt man frequenzübergreifende Kopplung. Welche Frequenzpaare gekoppelt sind hängt vom jeweiligen Hirnareal und seiner Funktion ab. In einigen Fällen führt Aufmerksamkeit dazu, dass die Nervenzellen de-synchronisiert werden und so unterschiedliche Informationen weiterleiten können. Dies ist mit einem Orchester vergleichbar, bei dem ein Streichinstrument eine andere Melodie spielt als das restliche Ensemble. In anderen Fällen kann Aufmerksamkeit dazu führen, dass eine große Anzahl von Nervenzellen gleichzeitig aktiviert wird und so bestimmte Informationen besonders betont werden. „Wir gehen davon aus, dass diese beiden Funktionen durch frequenzübergreifende Kopplung der Nervenzellen im Gehirn organisiert werden“, sagt Moein Esghaei, Neurowissenschaftler und einer der Autoren der Studie.
Verschiedene Arten von Informationen unterscheiden
Das gleichzeitige Vorhandensein mehrere Frequenzbänder im Gehirn hilft auch dabei, verschiedene Arten von Informationen, die in derselben Hirnregion ankommen, zu unterscheiden. Zum Beispiel Farbe und Richtung eines Drachenfliegers. „Unser Gehirn leitet Informationen über Farbe und Bewegungsrichtung über verschiedene Frequenzen an höhere Gehirnbereiche weiter. Dies ist vergleichbar mit einem Funkempfänger, der Radiosender anhand unterschiedlicher Frequenzen unterscheidet“, sagt Moein Esghaei.
Neurologische Krankheiten verstehen
„Die rhythmische Aktivität der neuronalen Netzwerke im Gehirn spielt eine entscheidende Rolle bei der visuellen Wahrnehmung bei Menschen und anderen Primaten“, sagt Stefan Treue, Leiter der Abteilung Kognitive Neurowissenschaften am Deutschen Primatenzentrum. „Zu wissen, wie genau diese Aktivitätsmuster interagieren und gesteuert werden, hilft möglicherweise dabei, manche der Wahrnehmungsstörungen zu verstehen die bei neurologischen Erkrankungen wir Legasthenie, ADHS und Schizophrenie auftreten.“
