Wenn die Neuronen im Gleichtakt schlagen

Wie schafft es unser Gehirn, Objekte, die beispielsweise auf dem Arbeitstisch herumliegen, überhaupt als Objekte zu erkennen? Für die meisten Menschen existiert dieses Problem überhaupt nicht, denn man „sieht“ ja die Kaffeetasse und den Kugelschreiber, kann diese Gegenstände mit großer Selbstverständlichkeit greifen und von der Unterlage unterscheiden.

Für die Hirnforscher ist dies allerdings keine gültige Erklärung. Denn „eigentlich“ bekommen die Nervenzellen der menschlichen Netzhaut ja nur ein zweidimensionales – flaches – Abbild der Umgebung geboten, eine Fläche, die sich aus unterschiedlich hellen oder dunklen Grautönen zusammensetzt.

Erschwerend kommt noch hinzu, daß dieses Bild durch das Zusammenspiel von Pupille und Augenlinse auf den Kopf gestellt wird. Doch damit nicht genug; schließlich haben wir zwei Augen und somit zwei Abbilder zu berücksichtigen, die ähnlich, aber nicht identisch sind.

Nochmals komplizierter wird die Angelegenheit, wenn man bedenkt, daß die in Blickrichtung rechts außen liegenden Gegenstände schlußendlich in der Sehrinde der linken Hirnhälfte registriert werden und umgekehrt. Dies ist nur möglich, weil jeweils die Hälfte der Nerven einer Netzhaut über eine „Kreuzung“ – das Chiasma opticum – im Zwischenhirn laufen muß. Nachdem die einlaufenden Nervenreize noch eine „Umspannstation“ überwinden müssen, entsteht schließlich in der Sehrinde der Eindruck eines Bildes.

Die Kaffeetasse, die halblinks vor uns steht, wird somit von Nervenzellen im linken und im rechten Auge registriert. Bemerkenswerterweise laufen diese Meldungen dann in einer Hirnregion, der Sehrinde, wieder zusammen; die zwei gemeldeten Kaffeetassen verschmelzen zu einer.

Genaugenommen könnte dieser Schaltplan der Nervenzellen aber nur erklären, wie die Bildpunkte, aus denen unsere Tasse besteht, von der Netzhaut bis in die Sehrinde gelangen. Die eigentliche Abgrenzung des Objekts „Kaffeetasse“ von der Unterlage besorgt das Zusammenspiel mehrerer Gruppen von Nervenzellen, die bei Säugetieren in der Sehrinde zu finden sind. Durch Teamwork erkennen diese Zellen, daß hier ein Gegenstand vorliegt.

Die Information, die vom Auge kommt, wird auf schätzungsweise 20 oder 25 Regionen parallel verteilt. Jeder Abschnitt beschäftigt sich dann mit einem Aspekt des Bildes, etwa mit Farbe, Form oder Lokalisation im Raum. Eine dieser Gruppen wird beispielsweise nur dann aktiv, wenn mehrere Bildpunkte gleicher Lichtstärke auf einer Linie liegen.

Eine andere Gruppe von Nervenzellen registriert vielleicht den Kontrast, das heißt den Unterschied in der Lichtstärke, zwischen der weißen Tasse und der grünen Schreibunterlage. Wieder eine andere Gruppe von Nervenzellen reagiert überhaupt nicht, weil sie auf Bewegung „geeicht“ ist. Diese Sensoren sind besonders hilfreich, wenn ein Objekt, das sich kaum vom Untergrund abhebt (ein Chamäleon etwa), sich zu regen beginnt.

Das allgemeine Prinzip, nach dem Figuren von ihrem Hintergrund unterschieden werden können, beruht also auf dem Erkennen von zusammengehörigen (kohärenten) Merkmalen. Die Gruppen von Nervenzellen aber, die beispielsweise die Farbe oder die Orientierung eines Gegenstandes registrieren, sind im Gehirn relativ weit verstreut. Die Entfernung beträgt bei Zellgruppen in einer Hirnhälfte bis zu sieben Millimeter, ein gewaltiger Abstand, zumindest nach dem Maßstab der Neuroanatomen.

Erst in jüngster Zeit ist man dahintergekommen, wie verschiedene Zellgruppen, die auf das gleiche Merkmal ansprechen, miteinander in Verbindung bleiben: Offensichtlich entladen diese Zellen sich im Gleichtakt, wenn sie auf den gleichen Gegenstand reagieren. Sie „feuern“ ihre Impulse dann jeweils zum gleichen Zeitpunkt, und das 40 bis 60 Mal in einer Sekunde. Mißt man dagegen Zellen, die ihre Reize nicht von einem abgrenzbaren Gegenstand empfangen, so ergibt sich ein wildes Durcheinander von aktiven und ruhigen Phasen. Offensichtlich sprechen diese Zellen nicht miteinander.

Diese Ergebnisse aus dem Labe des Frankfurter Neurobiologen Wolf Singer stießen ursprünglich auch auf Skepsis in der Forschergemeinde. Im Gegensatz zu philosophischen Erklärungsversuchen konnten verschiedene Vorhersagen des Modells allerdings im Experiment überprüft werden. Bisher hat dieses Modell zur Entstehung des menschlichen Bewußtseins jedenfalls alle Prüfsteine überwinden können.

(erschienen in „DIE WELT“ am 22. November 1991)

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