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Aktivitätsmuster

Hirnscan verrät wahrgenommenes Bild

Japanische Forscher können an einem Hirnscan erkennen, welche Bildbestandteile ein Mensch gerade betrachtet. Die Erkenntnisse sollen helfen, eine Mensch-Maschine-Schnittstelle zu entwickeln.

Gedanken lesen - davon träumen nicht nur Hirnforscher. Dank immer feiner aufgelöster Hirnscans hoffen Wissenschaftler, die Vorgänge im Gehirn noch besser verstehen zu können. Japanischen Forschern ist es nun gelungen, aus den Signalen eines Hirnscans zu entschlüsseln, was ein Mensch sich gerade anschaut.

Yukiyasu Kamitani von den ATR-Labors in Kyoto und sein Kollege Frank Tong zeigten vier Probanden Streifenmuster, die senkrecht, waagerecht oder diagonal in verschiedenen Winkeln angeordnet waren. Gleichzeitig bestimmten sie mithilfe der so genannten funktionellen Magnetresonanztomographie die Gehirnaktivität im Sehzentrum der Testteilnehmer. Dabei zeigte sich, dass sich das Aktivitätsmuster im Gehirn abhängig von der Orientierung der betrachteten Streifen veränderte. Aus diesen unterschiedlichen Messungen erstellten die Forscher eine Art Landkarte, in der jedem Streifenmuster eine bestimmte Aktivitätsverteilung zugeordnet war.

Anschließend ließen sie die Probanden ein Bild anschauen, in dem sich zwei Arten von diagonalen Streifen überkreuzten. Die Teilnehmer sollten sich jedoch nur auf eins der beiden Muster konzentrieren. Während dieser Übung nahmen die Forscher wiederum Gehirnscans der Probanden auf und verglichen diese mit der zuvor erstellten Aktivitätskarte. Das Ergebnis war eindeutiger als vermutet: Die Forscher konnten auf diese Weise zuverlässig bestimmen, welchem Muster der Proband mehr Aufmerksamkeit geschenkt hatte.

Eine solche Methode könnte möglicherweise die Basis für die Entwicklung besserer Mensch-Maschinen-Schnittstellen sein, berichten Kamitani und sein Kollege Tong in der Fachzeitschrift "Nature Neuroscience" (Online-Vorabveröffentlichung, DOI: 10.1038/nn1444).

Ähnliche Experimente waren zuvor auch anderen Hirnforschern gelungen, etwa Rainer Göbel von der Universität Maastricht. Der US-Amerikaner James Haxby konnte in einer früheren Studie aus dem Hirnscan von Probanden schließen, ob diese gerade ein Stuhl, ein Haus oder ein Auto anschauen. Er hatte die Aktivitätsmuster zuvor für jeden dieser Gegenstände erfasst.

Bislang waren Wissenschaftler davon ausgegangen, dass die räumliche Auflösung der funktionellen Magnetresonanztomographie nicht ausreicht, um so feine Unterschiede in der Gehirnaktivität festzustellen, wie sie durch das Betrachten verschiedener Muster entstehen. Dieses Problem konnten Kamitani und Tong jedoch umgehen, indem sie die Aktivitätsverteilung in einem genau abgegrenzten Gebiet bestimmten. Sie hoffen, mithilfe ihrer Ergebnisse genauere Einblicke in die Arbeitsweise des Gehirns zu erhalten. Ein ähnlicher Ansatz könnte ihrer Ansicht nach auch eingesetzt werden, um beispielsweise das Bewusstsein oder das Erinnerungsvermögen zu untersuchen.