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Göttingen Forscher finden unterschiedliche Schaltkreise im Gehirn für Farbe und Bewegung
Campus Göttingen Forscher finden unterschiedliche Schaltkreise im Gehirn für Farbe und Bewegung
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17:53 10.09.2019
Rhesusaffe im Aussenbereich des Göttinger Primatenzentrums. Quelle: Margrit Hampe
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Göttingen

Bewegung und Farben werden im Gehirn in unterschiedlichen Schaltkreisen verarbeitet: Das haben Wissenschaftler aus Göttingen und Teheran herausgefunden. Um zu untersuchen, wie unterschiedliche Informationen im Gehirn verarbeitet werden, haben die Neurowissenschaftler des Deutschen Primatenzentrums (DPZ) – Leibniz-Institut für Primatenforschung in Göttingen, der Iran University of Science and Technology und des Institute for Research in Fundamental Sciences in Teheran, die Aktivität einzelner Nervenzellen in der Großhirnrinde von Rhesusaffen gemessen.

Ein Drachenfliegerwettbewerb, der Himmel wimmelt nur so von bunten Gleitschirmen. Wir haben den Schirm einer Freundin im Blick. Er ist rot-orange und bewegt sich direkt auf das Ziel zu: „Unser Gehirn verwendet für die Verarbeitung der visuellen Merkmale Farbe und Bewegungsrichtung anatomisch getrennte Schaltkreise“, teilt das Göttinger DPZ mit. Wie diese Informationen schließlich zu einer einheitlichen Wahrnehmung eines roten, fliegenden Gleitschirms oder eines anderen Objektes kombiniert werden, haben die Neurowissenschaftler erforscht. Sie fanden heraus, dass die spezialisierten Nerven-Netzwerke des Gehirns für Farbe und Bewegung unterschiedliche Frequenzen verwenden, um ihre Informationen in höhere Hirnareale zu übertragen, die die Merkmale zu einer einheitlichen Wahrnehmung kombinieren.

200 Schwingungen pro Sekunde für Bewegung

Dafür haben die Neurowissenschaftler Rhesusaffen genutzt. Die Tiere führten im Versuch eine so genannte „Wahrnehmungsaufgabe“ durch. Sie hatten gelernt, ein Geschehen auf einem Bildschirm zu beobachten und bei jeder visuellen Veränderung einen Hebel zu betätigen. Mit Hilfe von haarfeinen Mikroelektroden, die nach Angaben des DPZ für die Tiere schmerzfrei sind, haben die Forscher die elektrische Aktivität von Nervenzellgruppen gemessen. Sie nahmen die Nervenzellaktivität in dem Gehirnbereich auf, der auf die Verarbeitung von visuellen Bewegungsinformationen spezialisiert ist. Mit Hilfe neuer Techniken fanden sie heraus, dass diese Nervenzellen mit hohen Frequenzen von rund 200 Schwingungen pro Sekunde arbeiten.

Stefan Treue. Quelle: r

„Wir konnten beobachten, dass eine schnellere Reaktion der Tiere mit einer stärkeren Aktivität der Nervenzellen bei hohen Frequenzen einherging, was darauf hindeutet, dass diese hochfrequenten Schwingungen die Wahrnehmung und das Handeln beeinflussen“, erklärt Stefan Treue, Leiter der Abteilung Kognitive Neurowissenschaften am Deutschen Primatenzentrum und einer der leitenden Wissenschaftler der Studie.

70 Schwingungen pro Sekunde für Farbe

Frühere Untersuchungen hatten bereits gezeigt, dass verschiedene visuelle Merkmale wie Farbe und Bewegungsrichtung in hochspezialisierten separaten Hirnarealen verarbeitet werden. In der aktuellen Studie konnten die Forscher nun zeigen, dass die Gehirnregion, die Farbe verarbeitet, die Informationen über eine niedrigere Frequenz von rund 70 Zyklen pro Sekunde überträgt. „Unsere Berechnungen zeigen, dass höhere Hirnregionen diese verschiedenen Frequenzen nutzen können, um die Quelle der neuronalen Aktivität zu identifizieren, die die Informationen über verschiedenen Merkmale übertragen hat“, erklärt Mohammad Bagher Khamechian, Wissenschaftler an der Iran University of Science and Technology in Teheran und Erstautor der Studie.

Mohammad Bagher Khamechian. Quelle: r

Das Wissen darüber, wie das Gehirn von Rhesusaffen die Wahrnehmung sowie andere komplexe kognitive Funktionen ermöglicht, lasse Rückschlüsse auf die Prozesse im menschlichen Gehirn zu. „Die Schwingungsaktivität von Neuronen spielt eine entscheidende Rolle für die visuelle Wahrnehmung bei Menschen und anderen Primaten“, so Treue. Zu wissen, wie genau diese Aktivitätsmuster gesteuert und kombiniert werden, helfe nicht nur, die neuronalen Mechanismen der bewussten Wahrnehmung besser zu verstehen, sondern ermögliche, den physiologischen Defiziten auf die Spur zu kommen, die beispielsweise Schizophrenie und andere neurologische oder neuropsychiatrischen Erkrankungen bedingen.

Deutsches Primatenzentrum

Das Deutsche Primatenzentrum ist als GmbH organisiert. Es wurde 1977 gegründet, das Land Niedersachsen und die Bundesrepublik Deutschland als Gesellschafter halten je 50 Prozent der Anteile des Instituts. Die Finanzierung der Personal- und Sachmittel (ohne Drittmittel) durch Bund und Länder betrug im Jahr 2018 rund 16,4 Millionen Euro. Die Wissenschaftler des DPZ haben nach eigenen Angaben im Jahr 2018 darüber hinaus rund 5,3 Mio Euro an Drittmitteln von Forschungsförderorganisationen wie der DFG oder aus anderen Drittmittelquellen verausgabt. Dies entspreche einem Drittmittelanteil von etwa 33 Prozent. Ende des Jahres 2018 arbeiteten 436 Menschen für das DPZ. Damit hat das Institut die Zahl seiner Mitarbeiter innerhalb der vergangenen fünfzehn Jahren verdoppelt. „Zählt man die Mitarbeiter dazu, die in den Feldstationen des DPZ unsere Forscher unterstützen, kommt sogar eine noch deutlich höhere Zahl an Mitarbeitern zusamen“, so das DPZ.

Von Britta Bielefeld

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