Dienstag, 12.12.2017

Forschung

Auditive Kognition: Unordnung im Gehirn

Lübecker Neurowissenschaftler untersuchen neuronale Spontanaktivität – Altersabhängige Veränderungen

Unser Gehirn steht niemals still. Auch in Situationen ohne erkennbare äußere Einwirkung feuern Tausende Neuronen in unterschiedlichen Teilen des Hirns, Neurowissenschaftler bezeichnen dieses Phänomen als Spontanaktivität oder sogar als „neuronales Rauschen“.

Wissenschaftler an der Universität zu Lübeck haben nun herausgefunden, dass die Struktur dieses scheinbar zufälligen Rauschens gleich doppelt von Bedeutung ist: Einerseits wird die Spontanaktivität des Gehirns mit steigendem Alter ungeordneter. Andererseits beeinflusst der momentane Grad dieser Unordnung unsere Wahrnehmung der akustischen Umgebung.

Unser Gehirn verändert sich, wenn wir altern: Verbindungen zwischen verschiedenen Hirnarealen werden umgebaut, weiße Substanz abgebaut und lokale Verbindungen verstärkt. Diese Umbauprozesse schlagen sich auch in der Spontanaktivität nieder: „Das neuronale Rauschen wird mit zunehmendem Alter unstrukturierter“, erklärt Studienleiter Leonhard Waschke. „Hierbei spielt es keine Rolle, ob das Gehirn gerade scheinbar ruht oder eine fordernde kognitive Aufgabe erfüllen muss. Die wachsende Unordnung im neuronalen Rauschen ist also ein sehr stabiles Merkmal alternder Gehirne.“

Dabei ist das neuronale Rauschen keineswegs zeitlich konstant. Die Struktur der Spontanaktivität variiert von Sekunde zu Sekunde. So folgen Momente relativer Strukturiertheit bisweilen auf Momente relativ großer Unordnung.

Um zu untersuchen, wie der momentane Grad an Unordnung menschliche Wahrneh-mungen und Entscheidungen beeinflusst, haben die Wissenschaftler um Prof. Dr. Jonas Obleser eine auf den ersten Blick paradox wirkende Herangehensweise gewählt. Während die Hirnaktivität von freiwilligen Teilnehmern mittels Elektroenzephalographie (EEG) aufgezeichnet wurde, verglichen sie kurze Töne hinsichtlich ihrer Tonhöhe.

Das Besondere dabei: Es handelte sich immer um den identischen Ton! Prof. Obleser erklärt hierzu: „Auch wenn die menschliche Wahrnehmung höchst präzise arbeitet, ist sie nicht mit einer Maschine zu vergleichen, die bei gleichem Input immer den gleichen Output erzeugen wird. Unsere Wahrnehmung ist ein subjektiver Prozess, der von einer Reihe kognitiver und neuronaler Vorgänge beeinflusst wird, so auch von der Struktur dieses neuronalen Rauschens.“

In der Tat nahmen die Versuchsteilnehmerinnen und -teilnehmer ausnahmslos große Unterschiede zwischen den beiden identischen Tönen wahr und wählten am Ende jedes Durchgangs einen der beiden Töne als den höheren aus. Diese Entscheidung wurde maßgeblich von der Struktur der Spontanaktivität beeinflusst. Je irregulärer das neuronale Rauschen zum Zeitpunkt der Tonpräsentation war, desto eher nahmen Teilnehmer den jeweiligen Ton als höher wahr.

Die Neurowissenschaftler der Arbeitsgruppe „Auditive Kognition“ am Institut für Psychologie der Universität zu Lübeck beschreiben den zugrunde liegenden Mechanismus so: „Befindet sich die Hörrinde in einem Zustand hoher Irregularität, wird ein neuer Reiz tiefer verarbeitet und resultiert in einem deutlicheren Abbild im Hirn.“ Dies scheint auszureichen, um die Wahrnehmung zugunsten dieses Tones zu verschieben.

In einer aktuellen Studie untersuchen die Lübecker Wissenschaftler diesen Prozess nun noch genauer, indem sie auditives Material gezielt dann präsentieren, wenn sich die Hörrinde entweder in einem besonders regulären oder irregulären Zustand befindet.

Veröffentlichung:
States and traits of neural irregularity in the age-varying human brain. Leonhard Waschke, Malte Wöstmann, Jonas Obleser. Scientific Reports 7, Article number: 17381 (2017). doi:10.1038/s41598-017-17766-4. Veröffentlicht online 12. Dezember 2017.