Die Geheimnisse von Wahrnehmung und Bewusstsein enträtseln
Wie funktioniert die menschliche Hirnrinde? Was verleiht uns Intelligenz? Können wir die bewusste Wahrnehmung noch besser verstehen? In den letzten 20 Jahren hat Matthew Larkum, Professor für Neuronale Plastizität an der Humboldt-Universität zu Berlin, die Beziehung zwischen den Informationen innerhalb der Hirnrinde und den Hauptneuronen erforscht, aus denen dieser Teil unseres Gehirns besteht. Zielsetzung ist die Erforschung der zellulären Mechanismen, die der Fähigkeit des Cortex zugrunde liegen, sensorische Informationen mit vorausgegangenen Erfahrungen verknüpfen zu können. Aufbauend auf seiner Arbeit im Rahmen von Larkum Lab hat Larkum das von der EU unterstützte Projekt MECHPREDPRO ausgerichtet, dessen Hauptforscher Jaan Aru ist.
Besser verstehen, wie Zellen Informationen interpretieren
Das Projekt beobachtete zunächst, dass die Hauptausgangszellen des Cortex – die Pyramidenzellen – zwei verschiedene Teile aufweisen. Bei diesen beiden Teilen kommen unterschiedliche Eingangswerte an, einer erhält intern und der andere extern erzeugte Informationen. Larkum hat lange Zeit die Hypothese verfolgt, dass diese Zellen dank ihrer Eigenschaften die Informationen, die sie von der Außenwelt erhalten, vorhersagen und interpretieren können. Stimmen die von innen und außen das Neuron erreichenden Eingangswerte überein, wird die Zelle dazu angewiesen, auf eine Weise heftig zu feuern, die in der nachgelagerten Verarbeitung erkannt werden kann. Mit anderen Worten: An den Rest des Gehirns wird eine „Übereinstimmung“ mit der Erwartung gesendet. Hauptergebnis dieses EU-finanzierten Projekts ist eine Theorie über das Bewusstsein, die diesen mysteriösen Aspekt unseres Lebens aus zellulärem Blickwinkel betrachtet. „Es gibt viele interessante Vorstellungen über das Bewusstsein, von denen einige etwas an den Haaren herbeigezogen erscheinen. Wir vertreten eine neurobiologische Theorie: Beginnend bei den über zelluläre Prozesse bekannten Fakten entwickeln wir sie weiter“, sagt Hauptforscher Aru, dessen Arbeit im Rahmen der Marie-Skłodowska-Curie-Maßnahmen der EU unterstützt wurde.
Wie Vorhersagen das bewusste Erlebnis beeinflussen
Anders als die meisten Theorien bisher bringt Arus in „Trends in Cognitive Sciences“ veröffentlichte wissenschaftliche Arbeit Cellular mechanisms of conscious processing das Bewusstsein mit Ereignissen auf zellulärer Ebene in Verbindung. Er schlägt vor, dass das Bewusstsein von Wechselwirkungen zwischen den verschiedenen Kompartimenten der Pyramidenzellen abhängt, die von subkortikalen Strukturen wie dem Thalamus moduliert werden. Die Tatsache, dass die Teile der Neuronen, welche die internen Informationen transportieren, einen entscheidenden Einfluss auf bewusste Erfahrungen ausüben, lässt sich mit Forschungen vereinbaren, die zeigen, dass bewusste Erfahrungen durch Vorhersagen und Vorwissen moduliert werden. „In faszinierenden Experimenten wurde nachgewiesen, dass Erwartungen gegenständliche Erfahrungen erzeugen können, die es in der realen Welt eigentlich nicht gibt. Eine derart illusorische Wahrnehmung ist nicht nur pathologisch, sondern kann auch bei gesunden Menschen vorkommen; zum Beispiel wenn wir erwarten, dass etwas bestimmtes geschieht, oder der Kontext nahelegt, dass ein Objekt vorhanden sein sollte“, berichtet Aru. Das Forschungsteam hat außerdem einen weiteren Vorschlag unterbreitet, wie diese grundlegenden zellulären Eigenschaften Phänomene wie Träume und illusorische Wahrnehmung erklären könnten, den Aru in seinem wissenschaftlichen Artikel Apical drive – A cellular mechanism of dreaming? erläutert, der in Neuroscience & Biobehavioral Reviews veröffentlicht wurde. In Träumen dominiert Eingehendes aus dem Gehirn selbst die ausgehenden Informationen der sensorischen Neuronen und gibt damit das von uns im Schlaf Erlebte vor. Der Einblick in die Art und Weise, wie unser Gehirn interne und externe Informationen verarbeitet und auf sie reagiert, bringt uns dem Verständnis der Natur des menschlichen Bewusstseins näher. Und es gibt potenzielle Anwendungen für dieses Wissen. „Kenntnisse über diese Einzelheiten versetzen uns in eine sehr starke Position, um kognitive Krankheitsbilder untersuchen und außerdem mit biologisch inspirierten Vorschlägen zum aufstrebenden Gebiet der künstlichen neuronalen Netze beitragen zu können“, bekräftigt Larkum, der die Forschungsarbeit betreute.
Schlüsselbegriffe
MECHPREDPRO, Cortex, Kortex, Hirnrinde, Nervenzellen, Neuronen, apikaler Antrieb, Vorhersage, Pyramidenzellen
