Der Sehvorgang beginnt schon vor der eigentlichen Wahrnehmung

Bereits das Öffnen der Augen verändert die Verteilung der beiden wichtigsten Botenstoffe im visuellen Kortex, unabhängig davon, ob die Person wirklich etwas sieht. Das berichten Wissenschaftler um Valentin Riedl, Forschungsgruppenleiter in der Abteilung für Neuroradiologie am Universitätsklinikum rechts der Isar der Technischen Universität München (TUM) im Journal of Neuroscience (2018; doi: 10.1523/JNEUROSCI.1214-18.2018).

Die Wissenschaftler konzentrierten sich bei ihrer Arbeit auf die Botenstoffe Glutamat und GABA. Ihre Versuchsanordnung bestand aus 3 Phasen. Die Testpersonen lagen zuerst mit geschlossenen Augen 5 Minuten im Dunkeln. Anschließend öffneten sie die Augen und blickten in die Dunkelheit. Zuletzt bekamen sie ein flimmerndes Schach­brettmuster gezeigt, das in sehr kurzen Abständen an- und ausging. Über das gesamte Experiment hinweg bestimmten die Forscher mittels einer Magnetresonanz­spektroskopie die Menge beider Botenstoffe gleichzeitig im visuellen Kortex.

Im Ruhezustand mit geschlossenen Augen war die GABA-Konzentration hoch. Aber bereits beim Öffnen der Augen sank dieser hemmende Botenstoff ab, obwohl die Versuchspersonen im Dunkeln noch nichts sehen konnten. „Das Gehirn bereitet sich schon mit dem Öffnen der Augen auf kommende Reiz vor“, so Riedl. Erst beim Wahrnehmen eines echten visuellen Reizes, des flimmernden Schachbretts, erhöhte sich die Konzentration des aktivierenden Botenstoffes Glutamat. 

Die Forscher verglichen ihre Daten auch mit Messungen aus dem funktionellen MRT (fMRT), einem gängigen Verfahren zur Darstellung der menschlichen Hirnaktivität. Hierbei wird der Sauerstoffverbrauch in bestimmten Hirnregionen ermittelt. Ein hoher Verbrauch dient als indirektes Signal für Nervenzellaktivitäten in diesem Bereich. Sie sahen, dass zu den Zeitpunkten, in denen sich die Menge der Botenstoffe im visuellen Kortex veränderte, auch Hirnaktivitäten im fMRT sichtbar waren. „Die Ergebnisse beider Methoden passten zusammen. Durch die Kombination können wir nicht nur sagen, dass es in einer Region eine erhöhte Aktivität gibt, sondern können sie erstmals auch konkret den beiden Neurotransmittern zuordnen“, so Riedl.

zum Thema

Laut den Wissenschaftlern sind die Ergebnisse nicht nur im Rahmen der Grundlagen­forschung wichtig, sondern haben auch unmittelbare klinische Relevanz: Bei psychischen Krankheiten wie der Schizophrenie werde zum Beispiel vermutet, dass unter anderem die Verteilungen der beiden Botenstoffe dauerhaft gestört sind. „Bisher fehlen aber noch Beweise. Eine Untersuchung mit Spektroskopie und fMRT ließe eine sehr viel genauere und breitere Aussage über die Konzentration der Botenstoffe in Gehirnen von Patienten zu“, so Riedl.