Kartendetails Wie das Gehirn visuelle Daten organisiert
Die Karte, die durch Rechenmodelle von Bildgebungsdaten des Gehirns erstellt wurde, die gesammelt wurden, während Freiwillige stundenlange Filmausschnitte sahen, wird von Forschern als „kontinuierlicher semantischer Raum“ bezeichnet.
Einige Beziehungen zwischen Kategorien sind sinnvoll, da Menschen und Tiere dieselbe „semantische Nachbarschaft“ teilen, während andere weniger offensichtlich sind, wie Flure und Eimer, so die Forscher.
„Unsere Methoden öffnen eine Tür, die schnell zu einem vollständigeren und detaillierteren Verständnis der Organisation des Gehirns führt. Unser Online-Gehirn-Viewer scheint bereits den detailliertesten Blick auf die visuelle Funktion und Organisation eines einzelnen menschlichen Gehirns zu bieten “, sagte Alexander Huth, Doktorand für Neurowissenschaften an der UC Berkeley und Hauptautor der in der Zeitschrift veröffentlichten Studie Neuron.
Ein klareres Verständnis darüber, wie das Gehirn visuelle Eingaben organisiert, kann laut dem Forscher bei der medizinischen Diagnose und Behandlung von Hirnstörungen helfen.
Diese Erkenntnisse könnten auch zur Schaffung von Gehirn-Maschine-Schnittstellen verwendet werden, insbesondere für Gesichts- und andere Bilderkennungssysteme, fügte er hinzu. Unter anderem könnten sie die Fähigkeit eines Self-Checkout-Systems eines Lebensmittelgeschäfts verbessern, verschiedene Arten von Waren zu erkennen.
"Unsere Entdeckung legt nahe, dass Gehirnscans bald verwendet werden könnten, um ein Bild zu kennzeichnen, das jemand sieht, und um Computern beizubringen, wie sie Bilder besser erkennen können", sagte Huth, der ein Video und eine interaktive Website erstellt hat, um die Wissenschaft dessen zu erklären die Forscher fanden.
Es wurde lange angenommen, dass jede Kategorie von Objekten oder Handlungen, die Menschen sehen - Menschen, Tiere, Fahrzeuge, Haushaltsgeräte und Bewegungen - in einer separaten Region des visuellen Kortex dargestellt wird, so Huth. In dieser neuesten Studie stellten Forscher von UC Berkeley fest, dass diese Kategorien tatsächlich in hoch organisierten, überlappenden Karten dargestellt sind, die bis zu 20 Prozent des Gehirns abdecken, einschließlich des somatosensorischen und des frontalen Kortex.
Die Wissenschaftler zeichneten die Gehirnaktivität von fünf Forschern mittels funktioneller Magnetresonanztomographie (fMRT) auf, während sie jeweils zwei Stunden lang Filmclips sahen. Das Gehirn scannt den gemessenen Blutfluss an Tausenden von Stellen im Gehirn.
Die Forscher verwendeten dann eine regulierte lineare Regressionsanalyse, die Korrelationen in Daten findet, um ein Modell zu erstellen, das zeigt, wie jede der rund 30.000 Stellen im Kortex auf jede der 1.700 Kategorien von Objekten und Aktionen in den Filmclips reagierte. Als nächstes verwendeten sie die Hauptkomponentenanalyse, eine statistische Methode, mit der große Datenmengen zusammengefasst werden können, um den „semantischen Raum“ zu finden, der allen Probanden gemeinsam war.
Die Ergebnisse werden in mehrfarbigen, mehrdimensionalen Karten dargestellt, die die mehr als 1.700 visuellen Kategorien und ihre Beziehungen zueinander zeigen. Kategorien, die dieselben Gehirnbereiche aktivieren, haben ähnliche Farben, betonten die Forscher. Zum Beispiel sind Menschen grün, Tiere gelb, Fahrzeuge rosa und violett und Gebäude blau.
"Mit dem semantischen Raum als Visualisierungswerkzeug haben wir sofort gesehen, dass Kategorien in diesen unglaublich komplizierten Karten dargestellt werden, die viel mehr des Gehirns abdecken als wir erwartet hatten", sagte Huth.
Quelle: Universität von Kalifornien, Berkeley
