Wann nimmt das Gehirn Informationen wahr?

Forschende der EPFL schlagen ein neues Modell vor, gemäss dem Perioden unbewusster Verarbeitung, in denen das Gehirn Informationen integriert, kurzen Momenten des Bewusstseins vorausgehen.
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Wenn wir einen Film schauen oder ein Orchester spielen hören, scheinen wir Bilder und Töne als einen kontinuierlichen Informationsfluss wahrzunehmen. Eine neue Studie legt jedoch nahe, dass das Gehirn Informationen nur zu bestimmten Zeitpunkten bewusst macht, denen Intervalle der unbewussten Verarbeitung vorausgehen, die bis zu einer halben Sekunde dauern können.

Das Modell, das in Trends in Cognitive Sciences ausführlich beschrieben wird, löst langjährige Debatten darüber, wie Bewusstsein entsteht, und bietet ein neues Bild davon, wie das Gehirn Informationen bewusst wahrnimmt.

Die Realität erleben

Die Frage, wann Bewusstsein entsteht, hat Philosophinnen, Psychologen und Neurowissenschaftlerinnen seit Jahrhunderten verwirrt. Eine Hypothese besagt, dass das Bewusstsein ein kontinuierlicher Strom von Wahrnehmungen ist: «Wenn wir Fahrrad fahren, haben wir das Gefühl, dass wir uns in jedem Augenblick bewegen», sagt Michael Herzog, Leiter des Labors für Psychophysik an der EPFL School of Life Sciences, der die neue Studie leitete. Allerdings, so sagt er, habe diese Theorie ernsthafte Einschränkungen. Studien haben zum Beispiel gezeigt, dass eine Person nur einen einzigen gelben Punkt wahrnimmt, wenn ein roter Punkt für den Bruchteil einer Sekunde auf einem Bildschirm erscheint, gefolgt von einem grünen Punkt an der gleichen Stelle für einen weiteren kurzen Moment. Wäre die Hypothese des kontinuierlichen Bewusstseins wahr, würde man zuerst den roten Punkt und dann den grünen Punkt wahrnehmen, sagt Herzog: «Aber das stimmt nicht, man verbindet die Punkte und sieht einen gelben Punkt.»

Eine andere Hypothese legt nahe, dass Bewusstsein nur zu diskreten Zeitpunkten stattfindet, wie eine Kamera, die Schnappschüsse macht. Aber diese Idee hat auch Kritik hervorgerufen: Würde unser Gehirn jede halbe Sekunde Informationen verarbeiten, wäre es unmöglich, auch nur einfache Aufgaben wie Fahrradfahren zu erledigen, sagt Herzog.

Durch die Analyse von Daten aus früheren Studien, mit denen getestet werden sollte, ob das Bewusstsein kontinuierlich ist oder nicht, haben Herzog und sein Team ein neues Modell entwickelt, nach dem das Gehirn während der bis zu 500 Millisekunden dauernden Intervalle der Unbewusstheit fast kontinuierlich Informationen verarbeitet und integriert. Während dieser Zeit verarbeitet das Gehirn die verschiedenen Elemente einer Szene und analysiert sie über viele verschiedene Regionen hinweg. Einige Hirnareale untersuchen die Farben, andere die Form und Position von Objekten. Diese Hirnregionen teilen dann diese Informationen und kombinieren die verschiedenen Merkmale – und wenn die unbewusste Verarbeitung abgeschlossen ist, springt die bewusste Erfahrung all dessen, was vor uns liegt, heraus.

«Bis jetzt haben einige Leute geglaubt, dass wir, wenn wir die Welt betrachten, nur eine Reihe von Bildern sehen. Aber jetzt sagen wir, dass das, was das Gehirn als Grundeinheit der Wahrnehmung analysiert, kein Bild ist, sondern eine ganze Szene, die Merkmale wie Bewegung enthält», sagt Herzog. Es ist, als ob das Gehirn während der Perioden der unbewussten Verarbeitung kurze Filme speichert und dann die Informationen während der bewussten Momente abruft, fügt er hinzu.

Herzog sagt, es sei unklar, wie mehrere Wahrnehmungseinheiten im Gehirn zusammengefügt werden, zum Beispiel wenn wir eine Symphonie hören. Er räumt auch ein, dass das neue Modell etwas kontraintuitiv sei, weil es im Widerspruch zu dem Gefühl stehe, dass sich die Welt vor unseren Augen ständig entfaltet. Er fügt jedoch hinzu, dass das Modell nützliche Erkenntnisse darüber liefere, wie Menschen die Realität erleben: «Wir müssen unsere Sichtweise auf die Wahrnehmung ändern.»

Das neue Modell könnte auch Möglichkeiten eröffnen, die Art und Weise, wie das Gehirn Informationen wahrnimmt, zu manipulieren. Während der unbewussten Verarbeitungsintervalle, wenn Details über die umgebende Welt im Gehirn gespeichert werden, sei es möglich, diese Details mit Hilfe von Techniken zu verändern, die die Gehirnaktivität mit magnetischen Impulsen steuern, sagt Herzog.

Als Nächstes will sein Team herausfinden, was die unbewussten Verarbeitungsintervalle beginnt und beendet, und ob Stress oder andere Umweltfaktoren die Dauer dieser Intervalle beeinflussen können.