Wie das Gehirn Wichtiges von Unwichtigem unterscheiden lernt

Wie wir unsere Umwelt wahrnehmen, hängt stark davon ab, was wir schon mal gesehen und gelernt haben. So muss der versierte Autofahrer nicht lange über die Bedeutung von bestimmten Verkehrszeichen nachdenken und kann Verkehrssituationen immer besser einschätzen. Er ist also in der Lage, wichtige Informationen aus der Reizflut herauszufiltern und schnell zu reagieren. Diese Erfahrung fehlt dem Anfänger, daher braucht er viel länger, um die Informationen zu verarbeiten. Der Frage, wie nun genau die Nervenzellnetzwerke und somit die Reizverarbeitung durch Lernen im Gehirn optimiert werden, ist das Team von Prof. Sonja Hofer vom Biozentrum der Universität Basel und vom University College London nachgegangen.

Das Gehirn lernt Bilder zu unterscheiden

Die Forscher haben dazu den visuellen Kortex bei Mäusen untersucht. Dieser Teil des Gehirns ist für die Verarbeitung und Wahrnehmung optischer Reize zuständig. Die Mäuse liefen durch eine virtuelle Welt, in der sie verschiedene Bilder sahen, von denen eines mit einer Belohnung verbunden war. Im Verlauf einer Woche hatten die Tiere gelernt, die Bilder zu unterscheiden und entsprechend darauf zu reagieren. Dieses Lernen spiegelte sich auch in den Antworten der Nervenzellen im visuellen Kortex wieder, deren Aktivität über viele Tage gemessen wurde. Während anfangs die Antworten auf die relevanten visuellen Reize im Gehirn noch relativ diffus waren, reagierten nach einer Woche Training viel mehr Nervenzellen spezifisch auf die gezeigten Bilder.

Lernen optimiert Reizverarbeitung

«Von Tag zu Tag wurden die Antworten der Nervenzellen auf die gezeigten Bilder besser unterscheidbar und verlässlicher», sagt Adil Khan, einer der beiden Erstautoren. Er vermutet, dass solche Veränderungen im Gehirn auch uns dabei helfen könnten, wichtige Informationen aus der Umwelt besser wahrzunehmen und effizienter zu verarbeiten. Zudem konnten die Forscher zeigen, dass verschiedenste innere und äussere Signale die Verarbeitung der Sehreize beeinflussen. «Wir haben gesehen, dass die Antwort der Nervenzellen auf die gleichen visuellen Reize unpräziser wird, wenn die Mäuse eine andere Aufgabe erfüllen müssen, zum Beispiel verschiedene Gerüche unterscheiden. Die gezeigten Bilder sind dann irrelevant und werden vom Gehirn nicht so effektiv analysiert», so Khan. «Zusätzlich veränderte auch die Erwartungshaltung der Tiere oder die Aussicht auf Belohnung die Aktivität bestimmter Zellen. Von Moment zu Moment können wir also mit dem gleichen Reiz ganz unterschiedlich umgehen, je nach dessen Bedeutung und Relevanz.»

Innere Signale beeinflussen visuelle Wahrnehmung

Früher dachte man, dass der visuelle Kortex ausschliesslich optische Reize verarbeitet. Diese Studie untermauert jedoch, dass beim Lernen zahlreiche Signale auch aus anderen Hirnarealen diesen Teil des Gehirns steuern. «Im Endeffekt bedeutet dies, dass die Umstände und unsere Erwartungen sowie zuvor Gelerntes einen grossen Einfluss auf unsere visuelle Wahrnehmung der Umwelt haben kann», erklärt Hofer. Eine gute Nachricht für jeden Fahranfänger: auch für ihn wird sich der Schilderwald lichten.

Originalbeitrag
Jasper Poort, Adil G. Khan, Marius Pachitariu, Abdellatif Nemri, Ivana Orsolic, Julija Krupic, Marius Bauza, Maneesh Sahani, Georg B. Keller, Thomas D. Mrsic-Flogel, and Sonja B. Hofer Learning Enhances Sensory and Multiple Nonsensory Representations in Primary Visual Cortex Neuron; published online 5 June 2015, doi: 10.1016/j.neuron.2015.05.037

Foto: University of Basel, Biozentrum

 

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