Welche Farbe wir sehen, folgt einheitlichen Hirncodes - Forscher entdecken typische Verarbeitungsmuster im Sehzentrum des Gehirns

Auf den Punkt gebracht:

• Beim Farbensehen von Versuchspersonen haben Forscher vergleichbare charakteristische Grundmuster bei der Informationsverarbeitung im Sehzentrum des menschlichen Gehirns festgestellt.
• Die Wissenschaftler konnten anhand der gemessenen Aktivitätsmuster klare Aussagen treffen, welche Farbe gerade von den Studienteilnehmenden angesehen wird.
• Bisher war unklar, ob Farben einen individuellen neuronalen Code bei der Informationsverarbeitung im visuellen Kortex haben.

Wissenschaftler am Max-Planck-Institut für biologische Kybernetik und der Universität Tübingen konnten mithilfe bildgebender Verfahren bei Versuchspersonen zeigen, dass ihre Gehirnaktivität beim Farbensehen ähnlich ist. Die Forscher nutzten die funktionelle Magnetresonanztomographie (fMRT), um die Gehirnaktivität der Teilnehmenden sichtbar zu machen. Dabei zeigten die Hirnscans charakteristische Muster, die immer dann auftraten, wenn die Personen verschiedene Farben betrachteten.

Diese Aktivitätsmuster ähnelten sich bei allen Testpersonen deutlich, was darauf hinweist, dass das menschliche Gehirn Farben auf vergleichbare Weise verarbeitet. Die Forscher stellten fest, dass im visuellen Kortex für jede Farbe eine eigene räumliche Karte des Sehfelds besteht. Diese Karten unterscheiden sich zwar von Hirnareal zu Hirnareal, zeigen aber bei allen Menschen das gleiche Grundmuster. Daraus schließen die Wissenschaftler, dass diese Ordnung nicht zufällig ist, sondern während der Evolution entstanden ist und bewahrt wurde.

Einheitliche Verarbeitungsmuster beim Farbensehen

Für ihre im Journal of Neuroscience veröffentlichte Studie hat das von den Neurowissenschaftlern Michael Bannert und Andreas Bartels geleitete Team ein computergestütztes Auswertungsverfahren eingesetzt, mit dem sie anhand der fMRT-Aufnahmen der Testpersonen verlässliche Aussagen treffen konnten, welche Farben und Helligkeiten gesehen werden. Zudem konnten sie feststellen, dass Farben und Helligkeiten je nach Ort im menschlichen Blickfeld unterschiedlich im Hirn kodiert waren.

Für die Studie kalibrierten die Forscher die Messdaten der Teilnehmenden zunächst mit standardisierten Schwarz-Weiß-Mustern, um eine Vergleichsbasis zu schaffen. Danach testeten sie, wie sich die Gehirnaktivität veränderte, wenn Farben gezeigt wurden. Die Muster aus einer ersten Versuchsgruppe nutzten sie, um bei einer zweiten Gruppe allein aus den Messdaten zu erkennen, welche Farben betrachtet wurden. Auf diese Weise konnten sie Farbe und Helligkeit direkt aus der Gehirnaktivität dieser zweiten Gruppe ablesen.

„Im Sehzentrum unseres Gehirns sind Karten unseres Blickfelds abgelegt, sogenannte Field Maps. Sie bilden die räumliche Struktur des Gesehenen ab und koordinieren die weitere Verarbeitung mit höheren Hirnarealen. Wenn Licht auf die Netzhaut fällt, werden die Informationen nicht zufällig weitergeleitet. Jeder Punkt hat hier einen genauen Positionswert, und diese räumliche Ordnung wird über die Sehnerven der Netzhaut in die höheren Verarbeitungsebenen des Gehirns übertragen. So entsteht im visuellen Kortex, der Sehrinde unseres Gehirns, ein geordnetes Abbild und ein entsprechendes Aktivitätsmuster, das wir mithilfe von fMRT bewerten konnten“, erklärt Erstautor der Studie, Michael Bannert, das Ergebnis.  

Ursprung in der Evolution begründet

Bisher war bekannt, dass einzelne Bereiche des Sehzentrums im Gehirn bestimmte Aufgaben übernehmen, wie das Erkennen von Gesichtern, Farben oder Bewegung. „Es war bislang jedoch unklar, ob individuelle Farben einen typischen neuronalen Code haben, der bei allen Menschen allgemeingültig ist“, sagt Andreas Bartels. Die Forscher zeigen, dass die Verarbeitung von Farben eng mit der räumlichen Struktur des Gesehenen verknüpft ist, und dass diese Verbindung während der Evolution des Menschen konserviert wurde.

Foto: Die zwei Forscher Prof. Dr. Andreas Bartels und Dr. Michael Bannert (v.l.n.r.) © MPI für biologische Kybernetik    

Die Studie von Michael Bannert und Andreas Bartels berührt zugleich eine andere spannende Frage, nämlich, ob alle Menschen eine Farbe tatsächlich gleich erleben.

„Wir sehen bei den Daten klare Gemeinsamkeiten zwischen den Versuchspersonen. So konnten wir feststellen, dass Farbverzerrungen, also Abweichungen in der Farbcodierung bei allen Menschen ähnlich sind. Lichtintensität und Farbwert sind nämlich nicht in allen Bereichen unseres Sehens gleich. Wir deuten diesen Hinweis auf grundlegend vergleichbare Organisationsprinzipien im Sehsystem des Menschen. Ob das subjektive Erleben einer Farbe wirklich identisch ist, das können wir nicht sagen, und selbst die gängigen wissenschaftlichen Methoden der Wahrnehmungsforschung reichen dafür wahrscheinlich nicht aus“, fügt Bannert hinzu.

Die beiden Forscher sind damit noch nicht am Ende angelangt. Vielmehr wollen sie noch feststellen, ob neben einer Allgemeingültigkeit ihrer Ergebnisse auch weitere Erkenntnisse über das kontrollierte plastische Zusammenwirken der am Sehen beteiligten Hirnregionen mithilfe funktioneller Magnetresonanztomographie möglich sind. 

Quelle: Max-Planck-Institut für biologische Kybernetik