Das Verständnis von der menschlichen Wahrnehmung verändert sich. Die Kognitionsforschung ging bisher von der Outside-In Perspektive aus. Demzufolge ist das Gehirn ein leeres Blatt, das mit Erfahrungen beschrieben wird. Das Gehirn dient somit als ein Werkzeug, um die wahre Natur der Welt zu erkennen. Diese Perspektive lässt jedoch viele Fragen offen.

Neue Forschungen legen nun eine Inside-Out Perspektive nahe. Dabei werden zahllose Muster neuronaler Aktivität (so genannte Feuermuster) erzeugt. Wenn dann eine scheinbar zufällige Handlung als vorteilhaft erscheint, gewinnt das zugrunde liegende Muster an Bedeutung und verfestigt sich.

"Das Gehirn ist bei der Geburt kein unbeschriebenes Blatt, sondern verfügt bereits über ein großes Repertoire an Aktivitätsmustern."

Wie funktioniert Wahrnehmung?

Nach Entdeckungen von David Hubel und Torsten Wiesel analysiert das Gehirn Informationen. Dabei beginnt es mit einfachen Mustern und setzt diese zu komplexen Mustern zusammen. Irgendwo werden alle erfassten Merkmale verbunden, um ein ganzes Objekt zu repräsentieren. Ganz automatisch.

Outside-In Ansatz

Die grundlegende Gehirnfunktion besteht darin, Signale aus der Umwelt wahrzunehmen und richtig zu interpretieren. Fraglich bleibt jedoch, wer oder was auf die wahrgenommenen Reize regiert? Hierfür wäre ein Mittelsmann nötig, der oft als freier Wille, Exekutivfunktion oder Black Box beschrieben wird? Es wird vermutet, dass der präfrontale Kortex diese Arbeit leistet.

Der Ouside-In Ansatz kann allerdings nicht erklären, wie ein eingehender Reiz in eine komplexe Erinnerung umgewandelt wird. Es gibt keinen inneren Dolmetscher, der veränderten Feuermustern eine Bedeutung zuweist. Es bräuchte dafür einen Beobachter, der beide Perspektiven zusammenführt.

Verstehen durch Interaktion - der Inside-Out Ansatz

Dieser alternative Ansatz beschreibt, wie die Signale von sensorischen Neuronen mit den Signalen von handlungsauslösenden Neuronen (Motoneuronen) zusammenfließen. Gemeinsam geben sie mehr Informationen weiter, wodurch im Gehirn ein bedeutingsvolleres Bild entsteht.

Bei jeder Bewegung informieren motorische Areale den Rest der Gehirnrinde über die eingeleiteten Muskelkontraktionen. Diese zusätzlich gesendete Nachricht über die geplante Bewegung wird als Efferenzkopie bezeichnet. Mit diesen Informationen erden sich sensorische Neuronen. Sie erhalten damit eine Bestätigung, wenn das eigene Handeln eine beobachtete Veränderung bedingt. Wahrnehmung ist demzufolge was wir tun und nicht, was wir passiv über die Sinne aufnehmen.

Motoneuronen haben somit zwei Aufgaben. Zum Einen senden sie Befehle an Muskeln - auch an Körperteile, die an der Wahrnehmung beteiligt sind. Diese richten die Sensoren besser zur Signalquelle aus, wodurch das Gehirn mehr Daten über Art und Ursprung von Reizen erhält. Zum Anderen senden sie Informationen über diese Bewegungen als Efferenzkopie an sensorische Neuronen und übergeordnete Hirnbereiche. Dadurch kann das Gehirn beispielsweise unterscheiden ob ein beobachtetes Objekt durch uns selbst oder einen äußeren Einfluss bewegt wurde.

"Ein Gehirn, das sich ständig neu verschachtelt, wäre nicht in der Lage, sich schnell an wechselnde Ereignisse in der Außenwelt anzupassen."

Das Gehirn ist mehr mit sich selbst beschäftigt

Die Nervenzellen im Gehirn werden unterschiedlich stark miteinander verknüpft. So schafft das Gehirn ein Gleichgewicht aus robusten und plastischen (lernfähigen) Verbindungen. Die fest vernetzte Minderheit der Neurone (ca. 20%) vom so genannten "rich club" ist für die Hälfte der Hirnaktivität verantwortlich. Sie sind immer in Alarmbereitschaft, feuern schnell und geben Informationen bereitwillig weiter. Sie widersetzen sich jeglichen Veränderungen an ihren Verknüpfungen. Die Neurone des "rich club" sind über neuronale Ereignisse im ganzen Gehirn gut informiert. Die restlichen Neurone gehören zum "poor club". Sie feuern nur langsam und sind schwach miteinander verbunden. Dafür sind sie sehr plastisch und können ihre Verbindungspunkte (Synapsen) physisch verändern.

Beide Populationen arbeiten zusammen, um die Hirndynamik zu erhalten. Der "rich club" reagiert auf verschiedene Erfahrungen mit ähnlichen Feuermustern. Dadurch sind wir in der Lage Unbekanntes recht gut einzuschätzen. Das folgt nicht aus Erinnerungen, sondern weil Vermutungen über eingehende Eindrücke angestellt werden. Nichts ist wirklich neu für das Gehirn, da es Neues stets mit Altem in Verbindung bringt. Die langsam feuernden Neurone des "poor club" finden dann Anwendung, wenn wichtige Unterschiede gemacht und für die Zukunft gespeichert werden müssen. Sie erfassen subtile Unterschiede von Reizen, indem sie die Stärke einiger Verbindugnen zu anderen Nervenzellen verändern.

Neurone verwenden den Großteil ihrer Aktivität auf hirninterne Prozesse. Sie werden weniger durch einwirkende Sinnesreize gesteuert. Wenn wir beispielsweise die Augen schließen, dann wissen wir immer noch wo wir uns befinden, denn der Großteil, was Sehen ausmacht, ist Hirnaktivität. Dadurch wird so etwas wie Imagination erst möglich. Eine solche, unabhängig von einströmenden Reizen stattfindende, neuronale Aktivität biete die Grundlage für diverse andere kognitive Prozesse.

"Das macht unsere Gedanken und Pläne gewissermaßen zu aufgeschobenen Handlungen."

Hirnaktivität ohne sensorische Reize

Die aktuellen Erkenntnisse aus der Kognitionsforschung legen nahe, dass die selben neuronalen Mechanismen, die beim Navigieren in der Welt helfen, auch mentale "Reisen" ermöglichen. Solchen abstrakten Gedankenreisen entspringt das episodische Gedächtnis. Dieses ermöglicht uns nicht nur einen Blick auf vergangene Erlebnisse zu werfen, sondern erlaubt uns Vorhersagen über die Zukunft zu treffen und für diese zu planen. Die an den realen oder mentalen Mechanismen beteiligten Neuronen können je nach Kontext als Ortszellen, Gedächtniszellen oder Planungszellen bezeichnet werden.

Der Prozess, der zur Bildung des Langzeitgedächtnisses beiträgt, in dem Feuermuster nach gemachten Erfahrungen - auch im Ruhezustand (z. B. Schlaf) - wiederholt werden, ermöglicht nur in Gedanken unterschiedliche Lösungswege auszuprobieren. Dadurch können wir reale und ausgedachte Handlungsalternativen finden, optimale Strategien abwägen, neue Schlussfolgerungen ziehen oder künftige Taten vorausplanen. Alles ohne reale Versuche durchzuführen.

"Alle Gehirne, ob einfach oder komplex, arbeiten nach den gleichen Grundprinzipien. Neuronale Prozesse, die mit und ohne Sinnesreize ablaufen, finden nebeneinander statt. Eine von der Wahrnehmung abgekoppelte Nervenzellenaktivität, die zugleich durch äußere Erfahrungen geeicht wird, ist die Essenz der Kognition."

Quelle: Spektrum der Wissenschaft Kompakt 02.24