Wie sieht das Gehirn?

Wie sieht das Gehirn?

Knalliges Orange, sanftes Grün oder grelles Pink – und alle anderen Nuancen: Unsere Welt ist bunt und formenreich. Doch wie nehmen unsere Augen diese Farben auf und leiten die Information ans Gehirn weiter? Wir haben uns das Sehen einmal genauer angeschaut.

Optische Signale werden in Nervenimpulse übersetzt. Doch Sehen ist weitaus mehr. Eine wichtige Rolle spielt das Gehirn, das die eintreffenden Informationen analysiert, ordnet und begreift. Bei diesem Prozess sind rund 60 Prozent der Großhirnrinde beteiligt.

Wie nehmen Menschen ihre Umwelt wahr?

Lebewesen erfahren ihr Umfeld mit allen Sinnen. So erkennen sie Ereignisse und Dinge, klassifizieren diese und bereiten sich auf Reaktionen vor. Die visuelle Wahrnehmung ist dabei besonders wichtig. Mehr als die Hälfte des menschlichen Gehirns ist am Sehen beteiligt: analysiert, interpretiert und reagiert auf die visuellen Reize.

Schauen Sie ein Objekt an, dann treffen Lichtreize auf die Netzhaut Ihrer Augen. Die innere Oberfläche des Auges ist die Retina. Diese Haut besteht aus lichtempfindlichen Fotorezeptoren, die Lichtenergie in neuronale Signale umwandeln. Bei den Rezeptoren unterscheidet man zwischen Stäbchen und Zapfen. Während die Stäbchen Details auch bei geringer Lichtintensität wahrnehmen, benötigen Zapfen hingegen eine größere Menge an Lichtenergie. Stäbchen sind demnach auf das Sehen in der Dunkelheit und Zapfen für das Sehen bei Tageslicht spezialisiert. Außerdem sind die Zapfen für das Farbensehen zuständig.

Tipp: Was passiert, wenn die Zapfen schlecht arbeiten? Und dieses Phänomen auch noch eine ganze Inselgemeinschaft betrifft? Die Antwort finden Sie hier.

Treffen nun visuelle Reize auf das Auge, erhält die Retina komplexe Informationen zum Gegenstand wie Form, Farbe, Größe, Entfernung und die Lage im Raum. Alle eintreffenden Informationen werden anschließend in den visuellen Kortex im Gehirn – auch Sehrinde genannt – weitergeleitet.

Hinweis: Der Kortex nimmt große Teile des Hinterhauptlappens an der Rückseite des Kopfes ein.

Das Sehen ist ein aktiver und konstruktiver Prozess: Aus den einzelnen Reizen leitet das Gehirn entsprechende Eigenschaften ab. So entsteht aus Lichtreizen ein komplexes Bild. Beim Sehen geht es jedoch nicht nur um das bloße Sehen der Dinge, sondern auch um das Erkennen. Individuelle Erfahrungen beeinflussen daher, wie wir Dinge sehen und welche Gefühle dabei angesprochen werden.

Spezialisierte Neurone

 Bereits vor etwa 60 Jahren entdeckten Wissenschaftler, wie visuelle Eindrücke vom Gehirn verarbeitet werden. Die Arbeitsgruppe um Christof Koch vom Allen Institute for Brain Sciencin Seattle geht jedoch davon aus, dass mehr als 90 Prozent der Nervenzellen anders arbeiten, als es Lehrbücher beschreiben. Zumindest legen dies Tests mit dem Sehsystem von Mäusen nahe.

Unser heutiges Verständnis vom Sehen basiert hauptsächlich auf den Experimenten der Neurophysiologen David Hubel und Torsten Wiesel. Mittels dünner Elektroden untersuchten die beiden Wissenschaftler die Neuronenaktivität von Katzen. Hierfür zeigten Hubel und Wiesel den Tieren verschiedene Muster aus Licht und Schatten und beobachteten die Auswirkungen auf die primäre Sehrinde der Tiere. Mehr durch Zufall fanden die Wissenschaftler heraus, dass die untersuchten Zellen immer dann reagierten, wenn die Bildkanten in das Blickfeld der Tiere rückten.

Aus dieser Zufallsentdeckung schlossen die Wissenschaftler, dass bestimmte Neuronen des visuellen Kortex besonders auf Linien und Kanten reagieren. Spätere Forschungen deckten weitere Nervenzellen auf, die jeweils eine Spezialisierung auf andere Eigenschaften zeigten. So gibt es Nervenzellen, die vermehrt auf Farben, Bewegungsrichtungen oder auf bestimmte Merkmale von Gesichtern reagieren. Hubel und Wiesel leiteten ihre Ergebnisse aus Aktivitätsmessungen bei wenigen einzelnen Nervenzellen ab. Dennoch gilt bis heute ihre Annahme, dass spezialisierte Neuronen jeweils auf bestimmte Reize reagieren und anschließend nachgeschaltete Hirnregionen aus der Fülle der Informationen ein Bild erstellen.

Wissen um das Sehen veraltet?

Um die Annahmen zu überprüfen, wiederholten Koch und seine Kollegen deshalb die Versuche in einem größeren Maßstab. Das Forscherteam betrachtete hierfür rund 60.000 unterschiedliche Neuronen im visuellen Kortex von Mäusen und wertete die Daten aus. Während der Tests verhielten sich jedoch weniger als zehn Prozent der Zellen so, wie es die Wissenschaftler nach den Erkenntnissen von Hubel und Wiesel erwartet hätten. Bei den übrigen Neuronen wurde außerdem festgestellt: Zwei Drittel der Neuronen reagieren noch viel spezialisierter als angenommen. Ein weiteres Drittel zeigte undeutliche Reaktionen auf die präsentierten, visuellen Eindrücke. Welche Aufgabe diese Neuronen haben, ist den Forschern bisher unklar. Eine Vermutung ist, dass diese Neuronen auf spezifische Merkmale gepolt sind, die erst bei späteren Verarbeitungsschritten aktiviert werden.

Unser Gehirn ist sehr komplex und seine Funktionsweise bei weitem noch nicht vollständig entschlüsselt. Das Wissen um das Sehen ist demnach nicht veraltet, sondern eher unvollständig. Weitere Forschungen sind demnach nötig, um sich ein klares Bild aller Strukturen und Abläufe zu schaffen.

Themenarchiv