Wie Gehirnwellen bestimmen, was wir wahrnehmen und was wir übersehen
Das Gehirn erzeugt ständig rhythmische elektrische Wellen. Einer dieser Rhythmen, die sogenannte Alphawelle, steuert offenbar sehr präzise, wie gut wir in einem bestimmten Moment etwas wahrnehmen können. Eine neue Studie legt den zugrunde liegenden Mechanismus frei.
Der Gedanke, dass Bewusstsein nicht als kontinuierlicher Strom, sondern als Abfolge von Impulsen funktioniert, ist in den Neurowissenschaften seit Langem eine verbreitete Vermutung. Doch wie genau Alphawellen, also Hirnrhythmen, die zwischen 8 und 13 Hz schwingen, die Wahrnehmung beeinflussen, ist nach wie vor umstritten. Eine neue Studie in eLife zeichnet ein detaillierteres Bild: Diese Wellen wirken nicht wie einfache Ein-/Aus-Schalter. Stattdessen sind zwei parallele Mechanismen gleichzeitig am Werk.
Die Forschenden zeichneten die Gehirnaktivität von sechs Probanden per EEG auf, während diese versuchten, schwache visuelle Signale zu erkennen. Jede Person absolvierte mehr als 6.000 Durchgänge, eine auffallend hohe Zahl in einem Forschungsfeld, in dem Studien mit Dutzenden von Durchgängen die Norm sind. Diese Präzision war nötig, um zwei subtile Effekte voneinander zu trennen: Veränderungen des sogenannten "inneren Rauschens" und Veränderungen der "sensorischen Abstimmung".
Zwei Mechanismen zugleich
Inneres Rauschen ist die Hintergrundstörung in der visuellen Verarbeitung des Gehirns, ähnlich dem Rauschen auf einem analogen Fernsehkanal. Ist dieses Rauschen stark, gehen schwache Signale darin unter und werden nicht erkannt. Sensorische Abstimmung bezeichnet, wie präzise das Gehirn auf die spezifischen Eigenschaften dessen kalibriert ist, was es zu sehen erwartet: die Ausrichtung einer Linie, die Frequenz eines Musters. Beide Faktoren variierten systematisch mit der Phase der Alphawelle, die kurz vor dem Erscheinen des Zielsignals gemessen wurde.
Das ist bedeutsamer, als es auf den ersten Blick erscheinen mag. Kognitiver Abbau im Alter hängt mit Störungen neuronaler Oszillationen zusammen. Ältere Gehirne zeigen abweichende Alphamuster, was mit nachlassender Aufmerksamkeit, verlangsamten Reaktionen und einem höheren Fehlerrisiko im Alltag in Verbindung gebracht wird. Wenn Alphawellen die Wahrnehmung über zwei spezifische Mechanismen steuern, nämlich Rauschreduktion und sensorische Abstimmung, bietet das einen Einblick in die Art und Weise, wie dieser Abbau abläuft und wie er möglicherweise beeinflusst werden könnte.
Darüber hinaus ergeben sich weitreichende Implikationen für das Verständnis von Bewusstsein und Aufmerksamkeit. Warum übersieht man manchmal Dinge, die direkt vor einem liegen? Warum ist man in manchen Momenten schärfer als in anderen? Die Studie legt nahe, dass der Zustand der Alphawelle in dem Moment, in dem ein Reiz eintrifft, weitgehend bestimmt, was davon registriert wird, noch bevor übergeordnete kognitive Prozesse überhaupt zum Tragen kommen.
Einschränkungen, die zu beachten sind
Die Studie umfasste lediglich sechs Probanden, eine kleine Stichprobe, auch wenn die Befunde durch die außergewöhnlich hohe Anzahl an Durchgängen pro Person abgesichert wurden. Ob die Effekte in gleicher Weise bei älteren Menschen, bei Schlafmangel oder bei Aufmerksamkeitsstörungen auftreten, wurde noch nicht untersucht. Das sind die naheliegenden nächsten Schritte. Was die Studie zumindest liefert, ist ein mechanistischer Rahmen, innerhalb dessen künftige Interventionen, ob Neurofeedback, Meditation oder Pharmakologie, fundiert bewertet werden können.