Wie das Gehirn die Konzentration auf Wesentliches trotz bewegter optischer Reize meistert

Mit jeder Augenbewegung ändert sich das Bild auf der Netzhaut. Die Neurowissenschaftler Tao Yao, Stefan Treue und Suresh Krishna vom Deutschen Primatenzentrum – Leibniz-Institut für Primatenforschung in Göttingen haben die neuronalen Mechanismen untersucht, die es uns ermöglichen, uns auf wichtige Dinge zu konzentrieren, auch wenn sich deren Abbild auf der Netzhaut bei jeder Augen­bewegung verschiebt. Ihre Arbeit ist in der Zeitschrift Nature Communications erschie­nen (2018; doi: 10.1038/s41467-018-03398-3).

Bekanntlich kann nur der zentrale Teil der Netzhaut scharf sehen, Licht, das auf die Randbereiche fällt, nimmt das Gehirn nicht als hochaufgelöstes Bild wahr. Daher ist es notwendig, dass wir unsere Augen bewegen, in der Regel 2- bis 3-mal pro Sekunde, damit alle Objekte hin und wieder auf den zentralen Bereich der Netzhaut fallen.

Gleichzeitig wollen wir aber die wichtigen Dinge kontinuierlich im Fokus unserer Aufmerksamkeit behalten, beispielsweise eine Mutter ihr spielendes Kind, auch wenn sie nebenbei die Umgebung betrachtet. Sich auf das Kind zu konzentrieren bedeutet, dass die Nervenzellen besonders aktiv sind, die auf das Kind reagieren.

Bewegen die Mutter jedoch das Auge, so fällt das Bild des Kindes immer auf einen anderen Bereich der Netzhaut, der jeweils andere Nervenzellen im Gehirn anregt. Vor der Augen­bewegung reagieren also andere Nervenzellen auf das Bild des Kindes als nach der Augenbewegung. Das Gehirn muss daher einen schnellen Wechsel bewerkstelligen und zuerst die Aktivität der vor der Augenbewegung für das Kind zuständigen Nervenzellen verstärken und anschließend die Aktivität derjenigen Nervenzellen, die nach der Augenbewegung für das Kind zuständig sind.

Die Neurowissenschaftler haben die Aktivitäten mehrerer einzelner Nervenzellen im Gehirn von Rhesusaffen gemessen, während sich die Tiere auf ein Signal auf einem Bildschirm konzentrierten. Die Wissenschaftler konnten zeigen, dass die aufmerksam­keitsgesteuerte Verstärkung der Aktivität schnell und synchron mit den Augen­bewegungen von der 1. Gruppe von Nervenzellen auf die 2. Gruppe wechselt.

„Die aufmerksamkeitsgesteuerte Verstärkung im Gehirn ist zeitlich präzise getaktet, was es uns ermöglicht, uns auf relevante Objekte zu konzentrieren, auch wenn wir unsere Augen ständig bewegen“, erläuterte Tao Yao, Erstautor der Studie.

Die Forscher konnten zeigen, dass das visuelle Aufmerksamkeitssystem und das Augenbewegungs­system in einer synchronen, gut koordinierten Weise funktionieren. Da das visuelle System von Menschen und Affen sehr ähnlich aufgebaut sei, erwarten die Forscher, dass sich ihre Ergebnisse auf das menschliche Gehirn übertragen lassen.