Wie unser Hirn in die Zukunft blickt Was wird wohl als Nächstes passieren? Vorhersagekraft des Gehirns

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Universitätsklinikum Tübingen HIH Hertie-Institut für klinische Hirnforschung, Zentrum für Neurologie

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Die Welt nicht nur wahrnehmen, sondern antizipieren, wie sich die Umwelt verändern könnte – diese erstaunliche Fähigkeit besitzt unser Gehirn. Forscher haben nun die Mechanismen des so genannten Vorhersagelernens näher untersucht und zeigen, wie Lernprozesse im Gehirn unsere Wahrnehmung formen.

Wer hätte nicht gern eine Glaskugel, um die Zukunft vorherzusehen? Doch was ist, wenn dieser Wunsch längst Wirklichkeit ist? Zumindest in sehr begrenztem Maße. Dabei ist es nicht etwa eine Glaskugel, die bemerkenswerte Fähigkeiten aufweist, sondern unser eigenes Gehirn. Selbiges optimiert ständig die eigene Wahrnehmung der Welt, indem es aus den Erfahrungen der Vergangenheit lernt und Vorhersagen über die Zukunft trifft, wie ein Forschungsteam um Professor Dr. Markus Siegel vom Hertie-Institut für klinische Hirnforschung an der Universität Tübingen herausgefunden hat.

Die neue Studie zeigt, dass das Gehirn seine neuronalen Strukturen so anpasst, dass es besser auf die Muster und Regelmäßigkeiten in unserer Umwelt reagieren kann. Dieses Vorhersagelernen könnte uns helfen, Informationen schneller zu verarbeiten und sodass wir uns im Alltag leichter zurechtzufinden.

Visuelle Reize im Gehirn

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Reizverarbeitung live verfolgt

Die Forschenden nutzen in der Studie die Magnetenzephalographie (MEG). Sie ermöglicht es, die Gehirnaktivität des Menschen nicht-invasiv zu messen, indem die durch die Gehirnaktivität generierten Magnetfelder außerhalb des Kopfes aufgezeichnet werden. Während der MEG-Messung hörten die Teilnehmenden eine Serie von Tönen, die unterschiedlich strukturiert waren. Die Forschenden untersuchten daraufhin, wie das Gehirn diese akustischen Informationen verarbeitet und repräsentiert. Sie fanden heraus, dass das Gehirn durch das Erlernen der Tonmuster seine „innere Karte“ der Klänge veränderte: Ähnliche oder vorhersehbare Töne wurden im Gehirn gruppiert und zusammengefasst, was die Verarbeitung effizienter macht.

Besonders überraschend war, dass dabei ein Netzwerk aus sensorischen und höheren assoziativen Gehirnregionen zusammenarbeitet, um Vorhersagefehler zu erkennen und zu korrigieren. Das bedeutet, dass verschiedene Bereiche des Gehirns gemeinsam daran arbeiten, die Umwelt aktiv zu „verstehen“ und zu lernen, was als Nächstes passieren könnte.

Umweltmodell, das sich ständig anpasst

„Unsere Ergebnisse zeigen, dass das Gehirn viel mehr tut, als nur Informationen zu verarbeiten – es baut ständig eine Art Modell der Umwelt auf, das es an die Realität anpasst“, sagt Dr. Antonino Greco, Erstautor der Studie. „Dies könnte helfen zu erklären, warum wir in vertrauten Umgebungen oder bei bekannten Aufgaben besonders effizient sind“, erläutert Mitautor Professor Dr. Hubert Preissl.

Diese Forschung bietet neue Einblicke, die nicht nur für die Neurowissenschaften relevant sind, sondern auch Anwendungen in Bereichen wie Bildung und psychische Gesundheit haben könnten. So könnte dieses Wissen beispielsweise bei der Entwicklung von Lernstrategien oder in der Behandlung von sensorischen Wahrnehmungsstörungen hilfreich sein. Die Studie verdeutlicht, wie flexibel und anpassungsfähig unser Gehirn ist – eine Eigenschaft, die unseren Alltag und unsere Wahrnehmung der Welt maßgeblich prägt.

Originalpublikation: Greco, A., Moser, J., Preissl, H. et al.: Predictive learning shapes the representational geometry of the human brain, Nat Commun 15, 9670 (2024); DOI: 10.1038/s41467-024-54032-4

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