Visuelle Bewegungsvorhersage im Gehirn

Die verlorene Zeit aufholen: Wie unser Gehirn ‘die Gegenwart vorhersagt’

Visuelle Bewegungsvorhersage im Gehirn

01.03.2024 Sie sind ein hervorragender Tennisspieler, der mit einem Aufschlag von 180 km/h konfrontiert wird. In den etwa 80 Millisekunden, die Ihr Gehirn braucht, um die Position des heranrasenden Balls zu registrieren, hat sich der Ball bereits um weitere 4 m bewegt, und dennoch haben Sie ihn getroffen.

Wie schaffen es die Augen und das Gehirn, den Schläger zur richtigen Zeit an die richtige Stelle zu bringen, um den Aufschlag zu erwidern, trotz der neuronalen Verarbeitungsverzögerungen auf dem Weg dorthin?

Dies ist die Frage, die die QUT-Psychologen Dr. William Turner und Associate Professor Hinze Hogendoorn von der QUT School of Psychology and Counseling beantworten wollten, indem sie 30 Jahre Forschung über die Fähigkeit des Gehirns, seine eigenen Verzögerungen zu korrigieren, zusammenfassten.

Ein besseres Verständnis der neuronalen Mechanismen, die Verarbeitungsverzögerungen kompensieren, könnte die Fähigkeiten und Grenzen von Fahrern mit zunehmendem Alter oder von besonderen Bevölkerungsgruppen wie Profisportlern und Esportlern aufzeigen, die laut Dr. Turner “einige der schnellsten Reaktionszeiten der Welt haben”.

Prädiktive Bewegungsextrapolation

Laut Turner befasste sich die Forschungsarbeit mit der “prädiktiven Bewegungsextrapolation”, bei der Informationen über die frühere Flugbahn eines Objekts verwendet werden, um auf seine wahrscheinliche aktuelle Position zu schließen.

“Wir haben einen integrativen Rahmen entwickelt, um zu untersuchen, wie eine Reihe neuronaler Mechanismen im visuellen System funktioniert, um die Echtzeitposition eines sich bewegenden Objekts vorherzusagen”, so Turner.

“Diese Mechanismen ermöglichen es dem Gehirn, Objekte nicht dort zu kodieren, wo sie waren, sondern wo sie (wahrscheinlich) jetzt sind.

Netzhaut des Auges leitet Vorhersageprozess ein

“Die Netzhaut des Auges leitet den Vorhersageprozess ein – das heißt, noch bevor die Signale unsere Augen verlassen haben, scheinen wir automatisch mit der Vorhersage der Position eines sich bewegenden Objekts zu beginnen.”

Die Netzhaut sendet Signale an das Gehirn, erhält aber keine Rückmeldung, was darauf hindeutet, dass die Extrapolationsmechanismen der Netzhaut in gewissem Sinne eingebaut sind.

Wenn sich ein Objekt vor unseren Augen bewegt, wird eine Aktivitätswelle in der Netzhaut und den nachgeschalteten Gehirnregionen ausgelöst, ähnlich der Bugwelle eines Bootes laut Turner.

Neuronale Extrapolationsmechanismen modellieren die Form dieser Welle und verschieben sie entlang der Bewegungsbahn nach vorne, so dass sie schließlich die Echtzeitposition des Objekts verfolgt.

Wenn Neuronen Signale aneinander weitergeben, formen sie die Aktivitätswelle, indem sie ihre Vorderkante ‘verstärken’ oder ihre Hinterkante ‘dämpfen’, sagt der Psychologe.

“Die Dämpfung tritt auf, wenn Neuronenpopulationen ein anhaltendes Signal erhalten, wodurch sie ‘müde’ werden und sich ‘beruhigen’. Dies hat einen prädiktiven Nutzen, indem es die Form der Welle verändert und sie nach vorne ‘drückt’.”

Die Erkenntnisse aus dieser Untersuchung weisen auf weitere Forschungsarbeiten hin, z. B. darüber, wie sich die Reaktionszeiten mit dem Alter verlangsamen und wie sich dies auf kritische Reaktionen auswirkt; ob die neuronale Verarbeitungszeit durch Übung verbessert werden kann oder ob es sich um eine natürliche Eigenschaft handelt.

© Psylex.de – Quellenangabe: Neuroscience & Biobehavioral Reviews (2023). DOI: 10.1016/j.neubiorev.2023.105484

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