Forschungsbericht 2004 - Max-Planck-Institut für Psycholinguistik

Wie das menschliche Gehirn Orientierung ermöglicht

Autoren
Gabriele Janzen
Abteilungen

Sprache und Kognition (Prof. Dr. Stephen Levinson)
MPI für Psycholinguistik, Nijmegen

Zusammenfassung
Um sich in seiner Umgebung zurechtzufinden, muss der Mensch wichtige Markierungen und Informationen entlang einer Wegstrecke im Gedächtnis speichern. Nur so können diese Markierungen später wiedererkannt werden und an Weggabelungen als Landmarke dienen. Wie das menschliche Gehirn die Relevanz wichtiger Schlüsselstellen eines Weges speichert und abruft, war bisher nicht bekannt. Mittels funktioneller Magnet-Resonanz-Tomographie konnte eine Arbeitsgruppe am MPI für Psycholinguistik in Nijmegen zeigen, dass das Gehirn im parahippocampalen Gyrus selektiv Gegenstände speichert, die an navigationsrelevanten Orten einer Route platziert waren. Diese automatische Speicherung relevanter Orte, auch ohne bewusstes Wiedererkennen einzelner Gegenstände, bietet einen neuronalen Mechanismus für effiziente und erfolgreiche Navigation.

Erfolgreich durch unsere Umgebung zu navigieren, ist ein wichtiger Teil unseres Lebens. Täglich müssen wir uns in unserer räumlichen Umgebung zurechtfinden und dabei Wege von einem Ort zu anderen finden. Dies können bereits bekannte Wege sein, wie beispielsweise von der Arbeit nach Hause, oder unbekannte, wie zum Beispiel die Suche nach einem fremden Ort. Dabei müssen wir häufig Entscheidungen zwischen mehreren Weg-Alternativen treffen. Solche navigationsrelevanten Stellen sind zum Beispiel Kreuzungen und Abzweigungen in räumlichen Anordnungen, kurz: alle Orte, an denen eine Entscheidung über den weiteren Verlauf des Weges getroffen werden kann oder muss. Ein Entscheidungspunkt definiert sich daher unabhängig vom Verhalten einer Person. Eine Kreuzung zählt als Entscheidungspunkt, auch wenn man sie geradeaus überquert, während es sich bei einer Rechts- oder Linkskurve ohne Möglichkeit, einen neuen Weg zu wählen, nicht um einen Entscheidungspunkt handelt. Objekte an Entscheidungspunkten müssen nicht nur als hilfreich erkannt und bewertet werden, um einen Weg wiederzufinden, sondern sie müssen auch im Gedächtnis gespeichert werden. Nur so können sie später wiedererkannt werden und helfen, den richtigen Weg zu wählen. Neuropsychologische Studien haben gezeigt, dass der Hippocampus, eine Gehirnregion im Temporallappen, bei der Navigation durch unsere räumliche Umgebung aktiviert wird. Der parahippocampale Gyrus wird insbesondere mit dem Lernen von Objekten und Objekt-Ort-Assoziationen in Verbindung gebracht. Bisher war aber nicht bekannt, wie das menschliche Gehirn die für die Wegfindung wichtigen räumlichen Informationen verarbeitet. Eine Arbeitsgruppe am MPI für Psycholinguistik in Nijmegen konnte mittels funktioneller Magnet-Resonanz-Tomographie (fMRT) einen neuronalen Wegfindemechanismus aufzeigen.

In dem fMRT-Experiment der Wissenschaftler um Gabriele Janzen wurden die Testpersonen per Filmsequenz durch ein virtuelles Museum geführt; sie hatten die Aufgabe, sich verschiedene Objekte entlang einer Route zu merken. Die Objekte waren auf Tischen an den Wänden platziert, zu gleichen Teilen einerseits an Entscheidungspunkten und andererseits an einfachen Rechts- oder Linksabbiegungen, bei denen keine Wahlmöglichkeit bestand und demnach auch keine Möglichkeit, einen falschen Weg zu wählen (siehe Abb. 1).

Szenen aus dem virtuellen Museum. Versuchspersonen sollen sich die Gegenstände entlang der Route einprägen und dabei allen Spielzeugen besondere Aufmerksamkeit schenken.

Bei einer anschließenden Wiedererkennungsaufgabe wurden allein die Gegenstände einzeln vor weißem Hintergrund – ohne Routeninformation – gezeigt. Die Testpersonen lagen dabei im Kernspintomographen und sollten per Tastendruck (Ja- und Nein-Tasten) entscheiden, ob sie den jeweiligen Gegenstand zuvor entlang der Route gesehen hatten oder nicht. Es zeigte sich eine verstärkte Aktivierung im parahippocampalen Gyrus für Gegenstände, die zuvor an relevanten Orten (Entscheidungspunkten) platziert waren, im Vergleich zu Gegenständen an einfachen Rechts- oder Linksabbiegungen, bei denen keine Möglichkeit bestand, einen neuen Weg zu wählen (siehe Abb. 2). Diese selektive neuronale Markierung von Gegenständen an navigationsrelevanten Orten konnte also auch ohne Darbietung räumlicher Information abgerufen werden.

Verstärkte Hirnaktivität im parahippocampalen Gyrus für Objekte an Entscheidungspunkten im Vergleich zu Objekten, die zuvor an nicht-relevanten Abbiegungen platziert waren.

Um auszuschließen, dass die Ergebnisse durch besondere Aufmerksamkeit für Entscheidungspunkte während des Lernens beeinflusst werden, wurden die Versuchspersonen bereits vor dem Experiment instruiert, sich alle Spielzeuge im Museum besonders gut zu merken. Sie sollten später in der Lage sein, eine Museumstour für Kinder zu führen. Die Hälfte aller Objekte waren Spielzeuge; sie waren wie auch die Objekte anderer Kategorien wiederum zu gleichen Teilen an Entscheidungs- und an Nicht-Entscheidungspunkten aufgestellt. Diese Manipulation führte dazu, dass Spielzeuge schneller wiedererkannt wurden als andere Gegenstände. Die neuronale Aktivierung im parahippocampalen Gyrus blieb jedoch durch diese selektive Aufmerksamkeit unbeeinflusst. Die Speicherung navigationsrelevanter Informationen ist demnach nicht von Aufmerksamkeitsprozessen abhängig. Ist es aber für die entsprechende verstärkte Hirnaktivität notwendig, dass man sich erfolgreich an die Objekte erinnern kann? Um diese Frage beantworten zu können, haben die Wissenschaftler richtig wiedererkannte Objekte (korrekte Antworten) und vergessene Objekte (die als falsche Antworten gewertet wurden) getrennt analysiert. Der parahippocampale Gyrus zeigt dieselbe verstärkte Aktivität für erinnerte wie für vergessene Objekte. Die Assoziation zwischen wegfindungs-relevantem Ort und Objekt ist demnach unabhängig von bewussten Erinnerungsprozessen.

Objekte an Entscheidungspunkten als relevante räumliche Information werden also automatisch im Gedächtnis gespeichert und können auch ohne bewusste Wiedererkennungsprozesse aktiviert werden. Dieser grundlegende neuronale Mechanismus kann dadurch eine erfolgreiche Navigation durch unsere räumliche Umgebung ermöglichen.

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