Die Studie liefert Hinweise auf die neuronalen Grundlagen des Bewusstseins

Mehr als ein Viertel der Schlaganfallopfer entwickeln eine seltsame Störung – ; Sie verlieren die bewusste Wahrnehmung der Hälfte dessen, was ihre Augen wahrnehmen.

Nach einem Schlaganfall in der rechten Hemisphäre isst eine Person möglicherweise nur das, was auf der rechten Seite des Tellers ist, weil sie die andere Hälfte nicht kennt. Die Person sieht möglicherweise nur die rechte Bildhälfte und ignoriert die Person auf der linken Seite.

Überraschenderweise können diese Schlaganfallopfer jedoch emotional auf das gesamte Bild oder die gesamte Szene reagieren. Ihr Gehirn scheint alles zu absorbieren, doch bewusst nehmen diese Menschen nur die Hälfte der Welt wahr.

Dieses verblüffende Leiden, das als einseitige Vernachlässigung bezeichnet wird, wirft Licht auf eine seit langem bestehende Frage der Hirnforschung: Was ist der Unterschied zwischen der Wahrnehmung von etwas und dem Bewusstsein oder dem Bewusstsein, es wahrzunehmen? Möglicherweise bemerken Sie beim Scrollen durch Ihren Instagram-Feed nicht bewusst, dass Sie an einem Schuhgeschäft vorbeigekommen sind, und beginnen dennoch, online nach Schuhverkäufen zu suchen. Ihr Gehirn zeichnet Dinge auf, die Sie nicht bewusst aufschreiben.

Neurowissenschaftler der Hebräischen Universität Jerusalem und der University of California in Berkeley haben nun berichtet, dass sie möglicherweise die Region im Gehirn gefunden haben, in der diese kontinuierlichen visuellen Bilder während der wenigen Sekunden, die wir sie sehen, gespeichert bleiben. Sie veröffentlichten ihre Ergebnisse diesen Monat in der Zeitschrift Zellberichte.

Das Bewusstsein und insbesondere die visuelle Erfahrung ist das Wichtigste, was jeder Mensch vom Aufwachen bis zum Schlafengehen spürt, wenn er die Augen öffnet. In unserer Studie geht es um Ihre Alltagserfahrungen.“

Gal Vishny, Hauptautor des Artikels, ist Doktorand an der Hebräischen Universität

Während die Ergebnisse noch nicht erklären, warum wir so wenig wahrnehmen können, was wir wahrnehmen, könnten Studien wie diese in Zukunft praktische Anwendungen haben und es Ärzten vielleicht ermöglichen, über die Gehirnaktivität eines komatösen Patienten herauszufinden, ob die Person die Außenwelt noch wahrnimmt und möglicherweise in der Lage ist, sich zu verbessern. Das Verständnis des Bewusstseins kann Ärzten auch dabei helfen, Behandlungen für Bewusstseinsstörungen zu entwickeln.

„Die Inspiration für meine gesamte wissenschaftliche Karriere kommt von Schlaganfallpatienten mit einseitiger Vernachlässigung, bei denen sie die halbe Welt ignorieren“, sagte der leitende Autor Leon Deuel, Professor für Psychologie an der Hebräischen Universität und Mitglied des Edmund and Lily Safra Center for Brain Research. „Die Frage der bewussten Wahrnehmung hat mich völlig fasziniert. Wie kann man Informationen erhalten, sie aber dennoch nicht als etwas erkennen, das man persönlich erlebt, nicht danach handeln, nicht die Augen verdrehen, sie nicht aufgreifen? Was ist nicht nur erforderlich, um das Gehirn zu spüren, sondern um eine subjektive Erfahrung zu machen?“

„Wir fügen dem Puzzle des Bewusstseins ein Stück hinzu – wie Dinge im geistigen Auge bleiben, damit man darauf reagieren kann“, fügte Robert Knight hinzu, ebenfalls leitender Autor, Professor für Psychologie an der UC Berkeley und Mitglied des Helen Wells Institute for Neuroscience.

Das Gehirn reagiert vorübergehend und kontinuierlich

Seit fast sechs Jahrzehnten, so Deuel, konzentrierten sich elektrische Studien des menschlichen Gehirns fast ausschließlich auf den anfänglichen Aktivitätsschub nach der Wahrnehmung eines Objekts. Dieser Anstieg lässt jedoch nach etwa 300 oder 400 Millisekunden nach, während wir oft Sekunden oder länger auf Dinge schauen und sie bewusst wahrnehmen.

„Dadurch bleibt viel Zeit, die neurologisch nicht erklärt werden kann“, sagte er.

Auf der Suche nach langfristiger Aktivität erhielten Neurowissenschaftler die Genehmigung, Tests an zehn Personen durchzuführen, deren Schädel geöffnet wurden, damit Elektroden auf der Oberfläche des Gehirns platziert werden konnten, um die mit epileptischen Anfällen verbundenen neuronalen Aktivitäten zu verfolgen. Die Forscher zeichneten die Gehirnaktivität der Elektroden auf, während sie den Patienten für verschiedene Zeiträume, bis zu 1,5 Sekunden, verschiedene Bilder auf einem Computerbildschirm zeigten. Die Patienten wurden gebeten, ab und zu einen Knopf zu drücken, wenn sie ein Kleidungsstück sahen, um sicherzustellen, dass sie wirklich aufmerksam waren.

Die meisten Methoden zur Aufzeichnung neuronaler Aktivität beim Menschen, wie beispielsweise die funktionelle Magnetresonanztomographie (fMRT) oder die Elektroenzephalographie (EEG), ermöglichen den Forschern nur detaillierte Rückschlüsse darauf, wo und wann Gehirnaktivität stattfindet, nicht jedoch beides. Durch den Einsatz von in den Schädel implantierten Elektroden konnten die Forscher der Hebrew University/UC Berkeley diese Lücke schließen.

Nach der Analyse der Daten mittels maschinellem Lernen stellte das Team fest, dass im Gegensatz zu früheren Studien, bei denen nur ein kurzer Aktivitätsschub im Gehirn beobachtet wurde, wenn etwas Neues wahrgenommen wurde, die visuellen Regionen des Gehirns Informationen über die Wahrnehmung bei einem niedrigeren Aktivitätsniveau tatsächlich länger behalten. Das fortlaufende Muster der neuronalen Aktivität ähnelte dem anfänglichen Aktivitätsmuster und änderte sich, als die Person ein anderes Bild sah.

„Diese stabile Darstellung deutet auf eine neuronale Grundlage für die Kognition hin, die trotz des unterschiedlichen Aktivitätsniveaus über die Zeit stabil bleibt“, sagte Deuel.

Im Gegensatz zu einigen früheren Studien stellten sie fest, dass der präfrontale und parietale Kortex im vorderen Teil des Gehirns nur dann aktiv werden, wenn etwas Neues gesehen wird, wobei die Informationen innerhalb einer halben Sekunde (500 Millisekunden) vollständig verschwinden, selbst wenn der Reiz viel länger anhält.

Auch die okzipital-temporale Region des visuellen Kortex im hinteren Teil des Gehirns wird für kurze Zeit sehr aktiv. für ca. 300 ms – ; Dann sinkt er auf ein stabiles, aber niedriges Niveau, etwa 10 bis 20 % des ursprünglichen Höchstwerts. Aber das Aktivitätsmuster verschwindet nicht; Tatsächlich bleibt es so lange unverändert, wie die Person das Bild betrachtet.

„Der frontale Kortex spielt eine Rolle dabei, etwas Neues zu enthüllen“, erklärte Deuel. „Aber man sieht auch eine anhaltende Repräsentation in höherstufigen Sinnesbereichen.“

Der Ablauf der Ereignisse im Gehirn kann auf unterschiedliche Weise interpretiert werden. Knight und Vishne neigen zu der Idee, dass bewusstes Bewusstsein entsteht, wenn der präfrontale Kortex auf die laufende Aktivität im visuellen Kortex zugreift. Dewell vermutete, dass Bewusstsein aus Verbindungen zwischen vielen Regionen des Gehirns entsteht, wobei der präfrontale Kortex nur eine davon ist.

Die Ergebnisse des Teams wurden von einer Gruppe bestätigt, die sich Cogitate Consortium nennt. Obwohl die Ergebnisse des Konsortiums noch auf eine Begutachtung durch Fachkollegen warten, wurden sie auf einer Veranstaltung im Juni in New York City beschrieben, die als Konfrontation zwischen zwei „bahnbrechenden“ Bewusstseinstheorien angekündigt wurde. Nein, das Zelle Berichte Die Ergebnisse und unveröffentlichten Ergebnisse könnten zu jeder der beiden Bewusstseinstheorien passen.

„Diese feindselige Zusammenarbeit betrifft zwei von etwa 22 aktuellen Bewusstseinstheorien“, warnte Dewell. „Zu viele Theorien führen normalerweise dazu, dass wir es nicht verstehen.“

Allerdings könnten die beiden Studien und andere laufende Studien, die Teil der von der Templeton Foundation initiierten kontroversen Zusammenarbeit sind, zu einer echten, überprüfbaren Theorie des Bewusstseins führen.

„In Bezug auf die Vorhersagen der beiden Theorien, die wir testen konnten, sind sie beide richtig. Aber wenn man das Gesamtbild betrachtet, funktioniert keine der Theorien in ihrer aktuellen Form, obwohl wir feststellen, dass jede von ihnen derzeit ein gewisses Maß an Wahrheit enthält“, sagte Fishin. „Da über die neuronalen Grundlagen des Bewusstseins noch so viel Unbekanntes bekannt ist, glauben wir, dass weitere Daten gesammelt werden müssen, bevor der neue Phönix aus der Asche früherer Theorien auferstehen kann.“

Zukünftige von Deouell und Knight geplante Studien werden die elektrische Aktivität im Zusammenhang mit dem Bewusstsein in anderen Bereichen des Gehirns untersuchen, beispielsweise solchen, die mit Gedächtnis und Emotionen zu tun haben.

Eden Gerber ist auch Co-Autor der Studie. Die Studie wurde von der US-Israel Bilateral Science Foundation (2013070) und dem National Institute of Neurological Disorders and Stroke der National Institutes of Health (R01 NS021135) unterstützt.