Schneller sehen dank Vorwarnung vom Zell-Nachbarn

Foto: Cortical Wave

Messungen zeigten Aktivitätswellen
entlang der Oberfläche der Sehrinde.
Diese Aktivitätswellen könnten durch
weitreichende Horizontalverbindungen
vermittelt sein;© RUB

Fällt ein Lichtreiz auf die Netzhaut des Auges, werden innerhalb von wenigen Zehntel Millisekunden Millionen von Nervenzellen im Gehirn aktiviert. Jede Nervenzelle in der primären Sehrinde erhält mehrere Tausend Signale und sendet ebenso viele Signale aus.

Ausgangspunkt für die Forschungen ist ein Phänomen, das die Wahrnehmungspsychologie „line-motion“-Illusion nennt, weil eine Schein-Bewegung wahrgenommen wird: Farbstoffe, die elektrische Spannungsänderungen von Nervenzellen in Leuchtsignale umsetzen, helfen zu zeigen, wie das Aufblitzen eines Lichtpunktes im Gesichtsfeld eine lokale Aktivierung im Gehirn auslöst, die sich wellenförmig ausbreitet. Diese Aktivitätswellen sind zum größten Teil unterschwellig und nicht wahrnehmbar. Erscheint hingegen kurze Zeit später ein zweiter, balkenförmiger Lichtreiz, so wird die zuvor ausgelöste Aktivitätswelle nach und nach überschwellig. Die Folge: Die Versuchsperson sieht den Lichtbalken nicht augenblicklich in seiner realen Länge, sondern so als würde er sich ausgehend vom zuvor präsentierten Lichtpunkt ausdehnen.

Doktor Dirk Jancke vom Institut für Neuroinformatik gelang nun zum ersten Mal die Darstellung dieser komplexen Interaktionsdynamiken in einem Computer-Modell. Sie nutzten ein neuronales Feld, in dem simulierte Nervenzellen durch die Reichweiten ihrer Wechselwirkungen beschrieben werden. In einem solchen Feld sind eng benachbarte Zellen durch starke, weiter entfernte durch schwache Kopplungen charakterisiert. Zwei Schichten dieser Nervenzellgruppen, eine erregende und eine hemmende Schicht, sind so verschaltet, dass ein lokaler Erregungseingang eine sich schnell ausbreitende und wieder abklingende Aktivierung erzeugt. „Das heißt, die gesamte Felddynamik wird sowohl durch direkte sensorische Eingänge als auch durch weitreichende Wechselwirkungen zwischen den Nervenzellen bestimmt“, erklärt Jancke. „Die Folge ist, dass Eigenschaften eines externen Reizes nicht einfach passiv abgebildet werden, sondern Nachbarzellen einen entscheidenden Einfluss auf die sich ausbildenden Aktivitätsmuster haben.“

Solche Voraktivierungen könnten eine wichtige Rolle bei der Verarbeitung bewegter Objekte spielen. Denn durch neuronale Verarbeitungszeiten erfährt das Gehirn von Ereignissen in der Außenwelt stets mit Verzögerung. Dank der weitreichenden Interaktionen werden Nervenzellen gewissermaßen „vorgewarnt“, sind schneller aktivierbar, und können dadurch wertvolle Verarbeitungszeit einsparen.


MEDICA.de; Quelle: Ruhr-Universität Bochum