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Emotion liegt im Auge des Hörers Warum überraschende Geräusche die Pupille weiten

| Autor/ Redakteur: Susann Huster* / Christian Lüttmann

Ein Baby weint oder ein Hund knurrt – beide Geräusche wecken bei uns Emotionen, die sich an den Augen ablesen lassen. Forscher der Universität Leipzig haben in Zusammenarbeit mit dem Leibniz-Institut für Neurobiologie in Marburg nun untersucht, wie unser Gehirn solche überraschenden emotionalen Geräusche verarbeitet: Mit einer neuen Methode konnten sie nachweisen, wie neuronale Aktivität im Gehirn die Pupillenweite beeinflusst. Dabei konnten sie auch die Einflüsse verschiedener Teile unseres autonomen Nervensystems auf die Pupillenweitung unterscheiden.

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Andreas Widmann und Nicole Wetzel haben eine neue Methode entwickelt, um die Pupillenweite eines Probanden und dessen Hirnströme kombiniert auszuwerten. Die Pupillenweite messen sie mittels Eye-Tracking und die Hirnströme werden durch eine EEG-Haube aufgezeichnet.
Andreas Widmann und Nicole Wetzel haben eine neue Methode entwickelt, um die Pupillenweite eines Probanden und dessen Hirnströme kombiniert auszuwerten. Die Pupillenweite messen sie mittels Eye-Tracking und die Hirnströme werden durch eine EEG-Haube aufgezeichnet.
(Bild: LIN Magdeburg)

Leipzig – Wenn helles Licht in unsere Augen fällt, verkleinern sich unsere Pupillen. Im Dunkeln weiten sie sich. Doch nicht nur Licht beeinflusst unsere Pupillen. „Wie unser Gehirn überraschend auftretende emotionale Geräusche verarbeitet, lässt sich auch an den Augen ablesen“, erklärt Nicole Wetzel vom Center for Behavioral Brain Sciences am Leibniz-Institut für Neurobiologie. In einer methodischen Grundlagenstudie haben sie und Andreas Widmann von der Universität Leipzig bei erwachsenen Probanden untersucht, wie zum Beispiel das Geräusch eines schreienden Babys die Pupille und die hirnelektrische Aktivität beeinflusst.

„Dabei haben wir einen neuen methodischen Ansatz genutzt, der die Messung der Pupillenweite und der Hirnströme miteinander kombiniert“, sagt Widmann. Dank dieser Messungen lassen sich Rückschlüsse auf die neuronale Aktivität im Gehirn ziehen, die sich sonst nicht ohne Weiteres beobachten lässt. Die Hirnaktivität haben die Forscher mittels Elektroenzephalographie (EEG) gemessen.

Wie sieht Überraschung im Auge aus?

„Die Weite der Pupillen wird nicht allein durch die Helligkeit bestimmt, sondern kann auch kognitive Prozesse abbilden. Versucht zum Beispiel jemand, sich eine Reihe von Zahlen zu merken, weiten sich die Pupillen zunehmend. Oder wenn wir ein unerwartetes Geräusch hören, werden unsere Pupillen größer, und wir können ein spezifisches Muster in den Hirnströmen beobachten“, berichtet Widmann.

Diese überraschenden Ereignisse aktivieren das sympathische Nervensystem, das den Körper auf Flucht oder Kampf vorbereitet. Gleichzeitig hemmen sie das parasympathische Nervensystem, dessen Aktivität in Ruhe- und Regenerationsphasen überwiegt. Beide Teile des autonomen Nervensystems können die Weitung der Pupille getrennt voneinander über zwei verschiedene Muskeln steuern. Bisher ließen sich die Beiträge beider Muskeln beziehungsweise Nervensysteme auf die Weitung der Pupille jedoch nicht voneinander trennen.

Babyweinen in der Dunkelheit

Die Forscher haben in ihrer aktuellen Studie deshalb versucht, die Aktivität der Muskeln, die die Pupillenweite steuern, durch unterschiedliche Umgebungshelligkeiten zu beeinflussen. Den Probanden wurden in vollständiger Dunkelheit und bei normaler Beleuchtung überraschende, emotionale Störgeräusche, wie zum Beispiel das Weinen eines Kindes vorgespielt, sowie nicht-emotionale Störgeräusche, beispielsweise ein vorbeifahrendes Auto.

Die dunkle Umgebung war besonders wichtig. Denn im Dunkeln erschlafft der ringförmige Muskel, der durch das parasympathische Nervensystem gesteuert wird. So kann nur noch der Ringmuskel, den das sympathische Nervensystem steuert, zur Pupillenweitung beitragen. Mittels statistischer Verfahren ließen sich so die Beiträge der sympathischen und parasympathischen Nervensysteme zur Pupillenweitung voneinander trennen.

Große Pupillen und spezielle Muster

Das Ergebnis der Versuche: Im Vergleich zu nicht-emotionalen Geräuschen wie Autolärm war bei emotionalen Geräuschen der Beitrag der Aktivierung des sympathischen Nervensystems erhöht, nicht aber die Hemmung des parasympathischen Nervensystems. „Wenn ein Störgeräusch ein emotionales Geräusch ist, werden unsere Pupillen also automatisch noch größer. Das bestätigt unsere Hypothese, dass solche Gefühlsregungen mit der Aktivierung des sympathischen Nervensystems verknüpft sind“, fasst Wetzel die Studienergebnisse zusammen.

Auch im EEG wird durch überraschende Geräusche ein typisches Muster im Hirnstrom ausgelöst. Dieses wird vermutlich dadurch hervorgerufen, dass die Erregungsschwelle von Neuronen in der Großhirnrinde gezielt gesenkt und neuronale Aktivität verstärkt wird, um wichtige Ereignisse schnell analysieren und darauf reagieren zu können. Das Antwortmuster auf emotionale Störgeräusche kann daher mit hoher Wahrscheinlichkeit einer Koaktivierung mit dem sympathischen Nervensystem zugeordnet werden.

Methode besonders für Babys und Kleinkinder

Mit ihrer Studie haben die Forscher eine neue Methode aufgezeigt, um Prozesse im Gehirn zu untersuchen. „Die Möglichkeit, emotionale und kognitive Prozesse und deren zugrundeliegende neuronale Aktivität durch nicht belastende, videobasierte Messung der Pupillenweite zu erforschen, eröffnet weitreichende Möglichkeiten zur Forschung insbesondere bei Babys und Kleinkindern“, sagt Wetzel.

Außerdem gewinnt der Ansatz, Pupillenweitung und Hirnstrommessungen kombiniert auszuwerten, aufgrund der weiterentwickelten Technik zunehmend an Bedeutung. Er soll in künftigen Studien der Arbeitsgruppe zur auditiven Aufmerksamkeitsforschung auch bei Kindern angewendet werden, um in der Entwicklungsforschung zu verstehen, wie neuronale Systeme bei Störgeräuschen arbeiten. Vor allem Kinder im Alter von ein bis sechs Jahren seien bisher wenig erforscht, so die Wissenschaftler. Diese Lücke will das Team um Wetzel und Widmann schließen.

Orginalpublikation: Andreas Widmanna, Erich Schrögera, Nicole Wetzel: Emotion lies in the eye of the listener: Emotional arousal to novel sounds is reflected in the sympathetic contribution to the pupil dilation response and the P3. Biological Psychology, Volume 133, March 2018, Pages 10-17, DOI: 10.1016/j.biopsycho.2018.01.0109

* Susann Huster: Universität Leipzig, 04109 Leipzig

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