Blinder Augenblick

Neue visuelle Zellgruppe entdeckt

In die Tiefe des Gehirns gingen der Neurobiologe Prof. Dr. Klaus-Peter Hoffmann und sein Team, um ein Jahrzehnte altes Problem zu erforschen: "Warum kann unser Gehirn Eigen- und Fremdbewegung unterscheiden, lautet die grundsätzliche Frage", sagt Hoffmann. In Experimenten mit Affen entdeckten die Forscher nun Nervenzellen, die während schneller Augenbewegungen ihre Funktion umkehren. Sie sorgen dafür, dass wir flimmerfrei sehen können, obwohl die Augäpfel nie stillstehen.
Für den Bruchteil einer Sekunde sind wir scheinbar blind, wenn sich die Augen schnell bewegen (Fachbegriff: Sakkade) - und das etwa zwei bis drei Mal pro Sekunde. Es sind die schnellsten Bewegungen, die der Körper machen kann. Unbekannt war bislang der Mechanismus, der uns dennoch stabil sehen lässt. Denn eigentlich müsste im Gehirn das gleiche verwackelte Bild entstehen wie bei einer Videoaufnahme, wenn die Kamera permanent bewegt wird.
Eine mögliche Erklärung lautete, dass die Gehirnbereiche, die unsere Augen bewegen, eine Warnung in das visuelle System senden, um die Wahrnehmung kurzzeitig zu unterdrücken. Schon früh wurde diese Annahme mit Affen getestet. In dem damals einzig gut untersuchten Gehirnareal der Sehbahn fanden sich jedoch keine Hinweise darauf, dass die Nervenzellen bei einer Sakkade ein Warnsignal erhalten. Klaus-Peter Hoffmann, Dr. Alexander Thiele, Michael Kubischik und Dr. Peter Henning (Allgemeine Zoologie und Neurobiologie) untersuchten daher die tiefer gelegenen Areale MT und MST, die hoch spezialisiert sind auf komplexe Bewegungsreize und diese detailliert verarbeiten.
Die Versuchstiere sollten einen unbewegten Punkt vor buntem Hintergrund ansehen und dann die Augen auf einen zweiten Lichtpunkt bewegen, also eine typische Sakkade machen. In einem zweiten Experiment blickten die Affen wieder auf einen still stehenden Lichtpunkt, lediglich der Hintergrund bewegte sich - damit simulierten die Forscher die Bildverschiebung, die sich bei der Sakkade im Auge ergibt. Nun kam es darauf an, welche Nervenzellen die beiden Aktivitäten - Bewegung der Augen und Bewegung des Hintergrunds - unterscheiden konnten.
Die Forscher fanden Neuronen, die ihre Richtungspräferenz umkehren können. Nervenzellen z. B., die auf Bewegungen nach rechts spezialisiert sind, reagieren während der Sakkade auf Bewegungen nach links. Wird dieses Signal vermischt mit dem anderer Nervenzellen, die ihre Orientierung beibehalten, so kann das Gehirn die widersprüchlichen Informationen nicht mehr eindeutig interpretieren. Die Folge: Es nimmt gar kein bewegtes Bild wahr.
Vor diesen Experimenten ging die Neurobiologie davon aus, dass Nervenzellen ihre Vorzugsrichtung für bewegte Reize nicht ändern. Das neue Forschungsergebnis widerlegt diese Annahme. Die gefundene Zellgruppe ist ein anschauliches Beispiel, wie unser Gehirn Informationen dynamisch verarbeitet. jw

Info: Klaus-Peter Hoffmann, Tel. -24363, kph@neurobiologie.ruhr-uni-bochum.de

Selbstexperiment mit Sakkaden
Probieren Sie mal ein Experiment: Stellen Sie sich vor einen Spiegel und schauen Sie auf eines ihrer Augen. Dann schauen Sie auf das andere Auge, wieder auf das erste und noch mal wechseln: Was haben Sie gesehen? Ihre Augen, aber nicht ihre Bewegung. Wiederholen Sie dieses Experiment mit jemandem, der Ihnen über die Schultern schaut - diese Person wird keine Probleme haben, Ihre Augenbewegung zu sehen.

Drei Fragen an, drei Antworten von Prof. Hoffmann
"Teils enthusiastisch, teils skeptisch"

RUBENS: Welche Resonanz haben Sie bisher auf Ihre Forschungsergebnisse erhalten, nachdem sie in "Science" veröffentlicht wurden?
Hoffmann: In der Wissenschaftsgemeinschaft wird es noch ein, zwei Monate dauern, bis Reaktionen kommen. Die Resonanz in der Fachpresse war jedenfalls groß, "Nature Reviews" hat nach "Science" auch darüber berichtet. Die Wissenschaftler, die unsere Ergebnisse vor der Veröffentlichung in "Science" gelesen haben, waren teils enthusiastisch, teils skeptisch - wie es sich eben für Wissenschaft gehört.

RUBENS: Haben Sie Ihre Forschungen zusammen mit der International Graduate School for Neuroscience (IGSN) durchgeführt?
Hoffmann: Die Experimente haben wir schon vor der Gründung der IGSN gemacht, sie stammen noch aus der Zeit des Graduierten-Kollegs "KogNet" und vor allem aus unserem Sonderforschungsbereich "Neurovision". Die Ergebnisse haben wir natürlich mit den Kollegen in der IGSN diskutiert. Solche interdisziplinären Einrichtungen sind eine Grundvoraussetzung für gute Forschung - und sie profilieren natürlich den Standort Bochum.

RUBENS: Wie geht es den Versuchstieren?
Hoffmann: Gut. Es gehört zu den Nachweispflichten, dass wir zu unseren Ergebnissen auch die Anatomie liefern: Früher geschah das nach dem Ableben der Versuchstiere, heute einfach per Computertomographie.