Müller, Notger Germar

German

Hochschulschriftenserver - Universität Frankfurt am Main

Vom Überleben im DatendschungelFunktionelle Bildgebung zeigt, wie wir unsere Aufmerksamkeit lenkenEs geschah vor ein paar Jahrenin Costa Rica: Beim Warten aufden Bus zum Nebelwald setzte sichein alter, etwas hilflos wirkenderMann neben mich. Wohl auf derSuche nach Geld für seine Fahrkar-te fielen ihm plötzlich Münzen ausder Hand, die direkt vor meine Fü-ße rollten. Wortreich entschuldigteer sich und bat mich, ihm beim Ein-sammeln der Münzen zu helfen.Natürlich kam ich dieser Bitte nach.Kurz darauf stieg er mit der Be-gründung aus, er habe etwas ver-gessen. Der Bus fuhr endlich los,der Schaffner kam, wollte meinenin der Geldbörse aufbewahrtenFahrschein sehen–und die Geld-börse war weg. Der arme alte Mannwar ein Taschendieb gewesen!Doch wie war ihm das gelungen?Die Geldbörse befand sich in einermit einem Klettverschluss ver-schlossenen Hosentasche direkt anmeinem Körper. Nun, er war einExperte der Aufmerksamkeit: Erhatte mich schlichtweg so geschicktabgelenkt, dass ich diesen Vorgang,der sonst kaum unbemerkt geblie-ben wäre, nicht wahrgenommenhabe.Experten der AufmerksamkeitNicht nur Taschendiebe wissen umden Effekt von Aufmerksamkeit aufunsere Wahrnehmungsfähigkeit.Auch der ganze »Hokuspokus«,den Zauberkünstler mit Stab, Tuchund hübscher Assistentin inszenie-ren, hat nur den einen Zweck: un-sere Aufmerksamkeit vom eigentli-chen Geschehen abzulenken. DieWerbeindustrie auf der anderenSeite treibt immensen Aufwand,um unsere Aufmerksamkeit auf dieProdukte ihrer Auftraggeber zu len-ken. Taschendiebe, Zauberkünstler,Werbeleute–sie haben alle einesbegriffen: Nur das, worauf wir un-sere Aufmerksamkeit lenken (oderlenken lassen), wird bewusst wahr-genommen, brennt sich ins Ge-dächtnis ein, beeinflusst unsere(Kauf-)Entscheidungen.Unsere Arbeitsgruppe KognitiveNeurologie am Universitätsklini-kum Frankfurt hat das Ziel, dieneuronalen Prozesse zu charakteri-sieren, die solchen erstaunlichenAufmerksamkeitseffekten zugrundeliegen. Wir untersuchen, welchenEinfluss Aufmerksamkeit auf dieAktivität in sensorischen Hirnarea-len hat, mit denen wir Sinnesein-drücke verarbeiten. Die Methode,die dabei vorzugsweise eingesetztwird, ist die funktionelle Magnetre-sonanztomografie (fMRT; [siehe»Ausgewählte Methoden der Hirn-forschung im Überblick«, Seite 78]:Sie erlaubt es, neuronale Aktivitätindirekt über Änderungen der Blut-versorgung mit recht guter räumli-cher Auflösung darzustellen, weilarbeitende Neuronenverbände vielEnergie und Sauerstoff anfordern.Top-down-Kontrolle: Das Spotlight-ModellAusgangspunkt unserer Arbeitensind dabei fMRT-Studien, die Endeder 1990er Jahre für Furore sorgten(für einen Überblick siehe/1/). DieseUntersuchungen zeigten, dass neu-ronale Aktivität in der Sehrinde,der primären Auswertstation für dievon den Augen gelieferten Daten,nicht nur davon abhängt, was dieNetzhaut meldet (bottom-up), son-dern auch davon, ob diesem InputAufmerksamkeit zuteil wird. Dabeiwerden solche Subareale der Seh-rinde stärker aktiviert, die jene Re-gion des Gesichtsfeldes kodieren,auf die die Probanden ihre Auf-merksamkeit richten. Mit anderenWorten: Wahrnehmungszentrenwie die Sehrinde unterliegen einerTop-down-Kontrolle durch höhere,im Scheitel- und Stirnhirn lokali-sierte Zentren, die die Aufmerk-samkeit und die Verteilung vonVerarbeitungsressourcen steuern.Dabei wird Aufmerksamkeit gernemit einem Spotlight–einemScheinwerfer–verglichen: So wieein Spotlight einen Teil der Bühneausleuchtet, um das dortige Ge-schehen hervorzuheben, wählt dieAufmerksamkeit bestimmte Ge-sichtsfeldregionen aus, so dass Reizein dieser Region bevorzugt verar-beitet werden. Neuronales Korrelatdieser Fokussierung ist die top-Forschung aktuell38 Forschung Frankfurt 4/2005Ein Moment höchster Konzentration. Der Torwart richtet seine Aufmerksamkeit wie einen Scheinwerfer auf einen be-stimmten Ausschnitt des Gesichtsfeldes, der sich mit demHerannahen des Balls (gelb) vergrößert. Zuvor hat er versucht,zwei Orte gleichzeitig zu beachten (grün) und dabei Störendesauszublenden (rot). Nicht nur Orte, auch ganze Objekte kön-nen Aufmerksamkeit beanspruchen (blau). Die ArbeitsgruppeKognitive Neurologie am Universitätsklinikum Frankfurt er-forscht, wie unser Gehirn solche Aufgaben meistert. UNI 2005/04 Teil 3  22.11.2005  12:38 Uhr  Seite 38down vermittelte gesteigerte Aktivi-tät in denjenigen Subarealen derSehrinde, die Information aus die-sem Teil des Sehfeldes zu verarbei-ten haben. Dabei ist für jeden Be-reich des Sehfeldes ein Bezirk derSehrinde zuständig (Retinotopie;[siehe auch Lars Muckli et al. »Wieoptische Illusionen in der Groß-hirnrinde entstehen«, Seite 14] .Anders gesagt: ob ein Reiz an ei-nem bestimmten Ort im Sehfeld er-scheint, dann auf die korrespondie-rende Stelle der Netzhaut fällt undschließlich in dem für diese Stellezuständigen Subareal verarbeitetwird, oder ob man sich in seinerbloßen Vorstellung auf diesen Ortkonzentriert, ohne dass irgendeinReiz gesetzt wird, spielt keine Rollefür das Ergebnis: Es wird das glei-che Areal des Gehirns aktiviert.Man spricht daher auch von der»Retinotopie der Aufmerksamkeit«.Der Grund dafür, dass mir damalsdie Geldbörse gestohlen wurde, istalso, dass »meine Aufmerksamkeitbeschlossen hatte«, jene visuellenAreale zu aktivieren, die zum Ge-sichtsfeldausschnitt mit den Mün-zen des Diebs gehörten–und dum-merweise nicht diejenigen Areale,in deren Gesichtsfeldausschnitt sichmeine Geldbörse befand.Zoomobjektiv und Mexikaner-HutDas Spotlight-Modell ist einleuch-tend, aber nicht ausreichend. Imwirklichen Leben variiert nämlichder Ausschnitt einer visuellen Sze-ne, der uns interessiert. Beim Auto-fahren sollten wir tunlichst auchdas spielende Kind am Gesichtsfeld-rand nicht übersehen, während wiruns beim Kartenlesen ganz auf denAusschnitt konzentrieren möchten,wo wir die gesuchte Straße vermu-ten. Statt eines Spotlights brauchenwir also eher ein Zoomobjektiv.Dass wir ein solches Instrument tat-sächlich besitzen, konnten wir ineiner Studie zeigen, in der wir dieGröße der Region, in der unsereProbanden mit einem Zielreiz rech-nen konnten, variierten./2/ ■ 1  Wennsie sich auf einen engen Ausschnittkonzentrieren konnten, wurdentatsächlich nur die visuellen Arealeaktiviert, die diesen Ausschnitt ko-dierten. Der Aktivierungsanstiegwar dabei erheblich. Wenn der Ziel-reiz aber an mehreren über das Ge-sichtsfeld verteilten Orten erschei-nen konnte, wurden zusätzlicheAreale aktiviert, wobei der Anstiegdann geringer ausfiel. Das Bemer-kenswerte ist: Diese Aktivitätsände-rungen waren zu beobachten, wäh-rend die Probanden auf den Zielreizwarteten; der Bildschirm war dabeiweitgehend leer. Entscheidend istauch, dass sich die Aktivierungsän-derungen in den Verhaltensdatenwiderspiegelten– die Probandenreagierten schneller auf den Ziel-reiz, wenn das Aktivierungsniveauim visuellen System hoch war, weilAufmerksamkeit auf einen kleinenBereich fokussiert werden konnte.Mehr noch: Wir konnten zeigen,dass um die relevante Region eineHemmzone angeordnet ist, in derReize besonders schlecht erkanntwerden. ■ 2  Mit anderen Worten:Aufmerksamkeit verteilt sich wieein »Mexikaner-Hut« mit einemKegel in der Mitte und einer tiefenKrempe am Rande. Ein solches Ver-teilungsmuster von Aktivität wirktals Kontrastverstärker für die rele-vante, zentrale Region. Grundlageist wiederum die top-down gesteu-erte Aktivität im visuellen System.Subareale in der primären Sehrin-de, die diese Zone um den Auf-merksamkeitsfokus kodieren, wer-den in ihrer Aktivität herunterge-fahren./3/ Wahrscheinlich hatte sichmeine Geldbörse just in dieser Zonebefunden…Wir suchen uns die Orte, auf diewir Aufmerksamkeit lenken, jedochnicht immer freiwillig aus: Wennwir Aufmerksamkeit auf eine Regi-on lenken, in die zufällig ein Objekthineinragt, werden nicht nur die vi-suellen Areale, die diese Region ko-dieren, aktiviert, sondern automa-tisch auch visuelle Areale, die alleumgebenden Orte kodieren, dievom Objekt besetzt sind./4/ Tatsäch-lich ist es so, dass wir Merkmale,die zu einem gemeinsamen ObjektForschung aktuell39 Forschung Frankfurt 4/2005kleinmittelgroßV1 V2Vp V4Hinweis Zielreiz Hinweis Zielreiz1,210,80,60,40,201400120010008006004002000OberflächeV1 V2 VP V4Signaländerung [%]Ausmaß der Aktivierung BOLD-Signal in visuellen ArealenfMRT-Studie zum Zoomobjektiv-Modell der AufmerksamkeitpassivkleinmittelgroßV1 V1 V1V2 V2 V2VP VP VPV4 V4 V4V1 V1 V1V2 V2 V2VP VP VPV4 V4 V4B AC ■ 1  In A sind Ausschnitte von rekonstru-ierten und aufgeblasenen Gehirnmodel-len der Probanden gezeigt; die Aus-schnitte zeigen Areale des visuellen Kor-tex. Die Probanden mussten entwedereinen kleinen, mittleren oder großen Ge-sichtsfeldausschnitt beobachten. Je grö-ßer der zu beachtende Ausschnitt war,desto mehr visuelle Subareale wurdenaktiviert (orange markiert), das Niveauder Aktivierung wurde jedoch geringer,wie in B und C gezeigt ist. Bemerkens-wert ist auch, dass bei passiver Stimula-tion dieselben visuellen Subareale akti-viert wurden wie bei Aufmerksamkeits-lenkung auf den betreffenden Ort. UNI 2005/04 Teil 3  22.11.2005  12:38 Uhr  Seite 39gehören, viel schneller erfassenkönnen als Merkmale zweier ver-schiedener Objekte–auch wennder räumliche Abstand dieserMerkmale jeweils identisch ist.Wenn allesauf einmal kommt...Meistens sehen, hören, riechen und fühlen wir gleichzeitig. Der Ta-schendieb war seinerzeit so schlau,mich nicht nur mit seinen Münzenabzulenken, gleichzeitig redete erauch noch auf mich ein. Lange hatte man ja geglaubt, dass die Sin-nessysteme unabhängig voneinan-der arbeiten; der offensichtlicheEngpass bei der Datenverarbeitungwurde in einer späteren Verarbei-tungsstufe vermutet. Wir konntenkürzlich zeigen, dass sich die Sin-nessysteme durchaus gegenseitigbeeinflussen, wobei das Vorzeichendieser Interaktion nicht naturgege-ben ist und durch Aufmerksamkeitund Lernen beeinflusst wird. Hat-ten unsere Probanden gelernt, dassderselbe Ton immer mit demselbenBild kombiniert wurde, sorgten siedafür, dass beide Sinnessysteme ak-tiviert wurden und zwar unabhän-gig davon, ob es darum ging, Töneoder Bilder auseinander halten zumüssen. War die Kombination vonTönen und Bildern jedoch zufällig,wurde nur das System aktiviert, dasdie relevante Information bearbei-tete, während gleichzeitig das an-dere System heruntergeregelt wur-de. Obwohl der sensorische Inputin beiden Aufgaben praktisch iden-tisch war, reagierten die sensori-schen Systeme höchst unterschied-lich–wiederum ein Beleg für dieaufmerksamkeitsgelenkte Top-down-Kontrolle der Wahrneh-mungssysteme.Wenn Aufmerksamkeit gestört ist...In der Neurologie hat man es an-ders als in der Psychiatrie in der Re-gel mit Patienten zu tun, die eineumschriebene Hirnläsion–etwa alsFolge eines Schlaganfalles–erlittenhaben. Hier erschließt sich der Sinneiner Untersuchung kognitiverFunktionen mit fMRT zunächstnicht: Es überrascht nicht, dassdort, wo Hirngewebe abgestorbenist, keine Hirnaktivität mehr mittelsfMRT registriert wird. Auf denzweiten Blick ergeben sich jedochdurchaus faszinierende Fragestel-lungen auch für solche Patienten-gruppen: Wie wirkt sich eine Läsionauf die Aktivierung in anderen Be-reichen des Gehirns aus?Es lag für uns nahe, Patienten zuuntersuchen, die an einer Aufmerk-samkeitsstörung leiden. Klassischtritt eine solche zutage, wenn Pa-tienten als Folge eines Schlaganfallsim Bereich des rechten Scheitel-hirns ein Hemineglect-Syndrom er-leiden. Obwohl deren Sehrinde in-takt ist, übersehen diese PatientenDinge, die sich in der linken Raum-hälfte befinden: Sie essen nur dierechte Hälfte des Tellers leer odervergessen, die linke Gesichtshälftezu rasieren. Wenn Sie ein Objektzeichnen sollen, so entsteht ein Bildwie in ■ 3  . Unsere Idee ist, dass beiForschung aktuell40 Forschung Frankfurt 4/2005■ 2   Mit derselbenVersuchsanord-nung wie in ■ 1konnten wir zei-gen, dass Auf-merksamkeit korti-kal wie ein Mexi-kaner-Hut (D)organisiert ist: vi-suelle Kortexarea-le, die den beob-achteten Ort ko-dieren, werden amstärksten aktviert.Areale, welche dieNachbarschaft desAufmerksamkeits-fokus kodieren,werden gehemmt(B, C). In A ist dieAktivierung vonArealen bei passi-ver Stimulierungdargestellt.Literatur/1/ Kanwisher, N. & Wojciulik, E.(2000): Visual at-tention: insightsfrom brain ima-ging. Nature Re-views Neuroscience1:91–100./2/ Müller, N.G. &Kleinschmidt, A.(2003): Dynamicinteraction of ob-ject- and space-ba-sed attention in re-tinotopic visualareas. Journal ofNeuroscience 23:9812–9816./3/ Müller, N.G. &Kleinschmidt, A.(2004): The atten-tional »spotlight’s«penumbra: center-surround modula-tion in striate cor-tex. Neuroreport15: 977–980./4/ Müller, N.G.;Bartelt, O.A.; Don-ner, T.H.; Villringer,A.; Brandt, S.A.(2003): A physiolo-gical correlate ofthe »Zoom Lens«of visual attention.Journal of Neuros-cience 23: 3561–3565.Signaländerung [%]10,80,60,40,20–0,2–0,4 V1 V2 VP V4Verteilung der Aufmerksamkeit als »Mexikaner-Hut«-FunktionV1 V1 V1rechte HemisphäreA Passive StimulationB Gerichtete Aufmerksamkeitlinke HemisphäreV2 V2 V2VP VP VPV4 V4 V4V1 V1 V1V2 V2 V2VP VP VPV4 V4 V4„Mexikaner-Hut”-Funktionzentralnahe gelegenweiter entferntCDUnvollständige Objekte■ 3   Patienten mitHemineglect-Syn-drom können Vor-lagen nicht voll-ständig abzeichen.Der Hemineglectist durch eine Ver-nachlässigung derlinken Raumhälftegekennzeichnet.  UNI 2005/04 Teil 3  22.11.2005  12:38 Uhr  Seite 40diesen Patienten die Top-down-Kon-trolle der Wahrnehmungszentrengestört ist, so dass zwar beispielswei-se die Sehrinde der linken Hirnhälftenoch durch Aufmerksamkeit akti-viert werden kann. Der rechten Seh-rinde gelingt das jedoch nicht mehr–weil dort der lenkende Einfluss desScheitelhirns fehlt. Leider sind sol-che Untersuchungen nicht einfach:Anfangs sind die Patienten häufig zukrank, um mit der Bearbeitung derAufgaben im Scanner zurechtzu-kommen. Wenn es ihnen dann aberbesser geht, haben sie häufig keinenNeglect mehr! Große Probandenzah-len darf man daher nicht erwarten –das ist aber unserer Meinung nachauch nicht nötig, denn mit der ge-sunden Hirnhälfte hat man ja eineindividuelle Kontrolle.Wenn wir einigen der Hirnfor-schern glauben dürfen, diesich in letzter Zeit mit großem öf-fentlichen Echo zu Wort gemeldethaben, darunter in vorderster ReiheGerhard Roth und Wolf Singer,dann stehen uns infolge ihrer Ar-beit »was unser Bild von uns selbstbetrifft, […] in absehbarer Zeit be-trächtliche Erschütterungen insHaus«./1/ Und sie scheinen uns aufdiese Erschütterungen vorbereitenzu wollen, wenn sie wie Therapeu-ten auftreten, die unser vermeint-lich verfehltes Selbstverständniskorrigieren wollen. Dann sagen sieihren von der Alltagssprache ver-wirrten Patienten (also uns): Nichtunser Wille, sondern »Verschaltun-gen legen uns fest: Wir sollten auf-hören von Freiheit zu sprechen«./2/Zugleich fordern sie uns auf, end-lich von althergebrachten Trugbil-dern abzulassen: »Wir sind determi-niert. Die Hirnforschung befreit vonIllusionen.«/3/ Dabei scheint für dieHirnforscher festzustehen, dass diePhilosophie ein Teil des Problems,aber nicht der Lösung ist.So traut nicht nur WolfgangPrinz–selbst mit der Abwehr einer»feindliche Übernahme« der Psy-chologie durch die Hirnforschungbeschäftigt–den Philosophen beiEine weitere für uns interessanteGruppe sind Patienten mit aufga-benspezifischen Dystonien, bei-spielsweise Menschen mit einemSchreibkrampf: Sobald sie einenStift nur in die Hand nehmen, ent-wickeln diese Patienten einen star-ken Muskelkrampf, der ihnen dasSchreiben unmöglich macht. Es istbekannt, dass die Symptome gelin-dert werden können, wenn mandie Patienten ablenkt und ihre Auf-merksamkeit zum Beispiel auf dasMusikhören richtet. Wir vermutendaher, dass auch dieser Krankheiteine gestörte Top-down-Kontrolle,in diesem Fall des sensomotori-schen Systems, zugrunde liegt, wo-bei es zu einer unkontrolliertenÜberaktivierung des Handarealskommt. Schließlich wollen wirForschung aktuell41 Forschung Frankfurt 4/2005nicht nur die Tricks der Taschendie-be, sondern auch die Leiden unse-rer Patienten verstehen.  ◆Der AutorDr. Notger Müller, 38, studierte Medizinin Heidelberg, Tübingen und Berlin.Sein Weg führte ihn über die Universityof California, Davis, das Max-Planck-In-stitut für Neuropsychologische For-schung in Leipzig und die Neurologi-sche Klinik der Charité Berlin nachFrankfurt. Hier leitet er seit Jahresan-fang die Arbeitsgruppe Kognitive Neuro-logie an der Klinik für Neurologie an derUniversität Frankfurt. Im Besonderen in-teressiert ihn der Einfluss höherer ko-gnitiver Funktionen wie Aufmerksamkeitund Gedächtnis auf Wahrnehmungspro-zesse. Auch klinisch ist er in diesem Be-reich als Leiter der Spezialambulanz fürKognitive Neurologie und Demenz tätig.Warum Zweifel am omnipotenten Erklärungsansatz der Hirnforscher begründet sind»Nicht du, sondern dein Gehirn…«»Ich denke, also denke ich, dass ich es bin« UNI 2005/04 Teil 3  22.11.2005  12:38 Uhr  Seite 41

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