Aufschlüsselung der Gehirnarbeit in komplexen Aufmerksamkeitsaufgaben

Angenommen, Sie versuchen, ein Gesicht aus einer Menschenmenge herauszusuchen. Es ist eine komplizierte Aufgabe für Ihr Gehirn - es muss die Erinnerung an das Gesicht der Person abrufen und sie dann an Ort und Stelle halten, während Sie die Menge scannen und darauf achten, eine Übereinstimmung zu finden.

Jetzt zeigt eine neue Studie, wie das Gehirn diese Art der fokussierten Aufmerksamkeit erreicht: Ein Teil des präfrontalen Kortex, der als inferior frontal junction (IFJ) bekannt ist, steuert visuelle Verarbeitungsbereiche, die so abgestimmt sind, dass sie eine bestimmte Kategorie von Objekten erkennen.

Wissenschaftler wissen viel weniger über diese Art von Aufmerksamkeit, die als objektbasierte Aufmerksamkeit bezeichnet wird, als über räumliche Aufmerksamkeit, bei der es darum geht, sich auf das zu konzentrieren, was an einem bestimmten Ort geschieht.

Die neue Studie legt jedoch nahe, dass diese beiden Arten der Aufmerksamkeit ähnliche Mechanismen aufweisen, an denen verwandte Hirnregionen beteiligt sind, so Robert Desimone, Ph.D., Professor für Neurowissenschaften am Massachusetts Institute of Technology (MIT) und Direktor des MIT McGovern Institute for Gehirnforschung.

"Die Wechselwirkungen sind überraschend ähnlich wie bei der räumlichen Aufmerksamkeit", sagte Desimone. "Es scheint ein paralleler Prozess zu sein, der verschiedene Bereiche umfasst."

In beiden Fällen scheint der präfrontale Kortex - das Kontrollzentrum für die meisten kognitiven Funktionen - die Aufmerksamkeit des Gehirns zu übernehmen und relevante Teile des visuellen Kortex zu kontrollieren, der sensorische Eingaben erhält, erklärte er.

In der neuen Studie fanden die Forscher heraus, dass IFJ mit einer Gehirnregion koordiniert, die Gesichter verarbeitet, die als Fusiform Face Area (FFA) bekannt ist, und einer Region, die Informationen über Orte interpretiert, die als Parahippocampal Place Area (PPA) bekannt sind. FFA und PPA wurden erstmals von Nancy Kanwisher, Professorin für kognitive Neurowissenschaften am MIT, im menschlichen Kortex identifiziert.

Für die neueste Studie verwendeten die Forscher die Magnetenzephalographie (MEG), um das menschliche Gehirn zu scannen, während die Teilnehmer eine Reihe überlappender Bilder von Gesichtern und Häusern betrachteten. Im Gegensatz zur funktionellen Magnetresonanztomographie (fMRT), die üblicherweise zur Messung der Gehirnaktivität verwendet wird, kann MEG den genauen Zeitpunkt der neuronalen Aktivität bis auf die Millisekunde genau anzeigen, stellten die Forscher fest.

Die Wissenschaftler präsentierten die überlappenden Ströme in zwei verschiedenen Rhythmen - zwei Bilder pro Sekunde und 1,5 Bilder pro Sekunde -, um Gehirnregionen zu identifizieren, die auf diese Reize reagieren.

„Wir wollten jeden Stimulus mit unterschiedlichen Rhythmen markieren. Wenn Sie sich die gesamte Gehirnaktivität ansehen, können Sie Signale unterscheiden, die an der Verarbeitung jedes Stimulus beteiligt sind “, sagte Daniel Baldauf, Postdoktorand am McGovern Institute und Hauptautor der Studie.

Jeder Teilnehmer wurde angewiesen, entweder auf Gesichter oder auf Häuser zu achten. Da sich die Häuser und Gesichter an derselben Stelle befanden, konnte das Gehirn keine räumlichen Informationen verwenden, um sie zu unterscheiden, erklärten die Forscher.

Als die Teilnehmer aufgefordert wurden, nach Gesichtern zu suchen, wurden die Aktivitäten in der FFA und im IFJ synchronisiert, was darauf hindeutete, dass sie miteinander kommunizierten. Wenn die Probanden auf Häuser achteten, synchronisierte sich das IFJ gemäß den Ergebnissen der Studie stattdessen mit dem PPA.

Die Forscher fanden auch heraus, dass die Kommunikation vom IFJ initiiert wurde und die Aktivität um 20 Millisekunden gestaffelt war, was der Zeit entspricht, die Neuronen benötigen würden, um Informationen vom IFJ entweder an die FFA oder an die PPA elektrisch zu übertragen. Die Forscher sagten, dass sie glauben, dass das IFJ an der Idee des Objekts festhält, nach dem das Gehirn sucht, und den richtigen Teil des Gehirns anweist, danach zu suchen.

Um diese Idee zu untermauern, verwendeten die Forscher eine MRT-basierte Methode, um die weiße Substanz zu messen, die verschiedene Gehirnregionen verbindet, und stellten fest, dass das IFJ sowohl mit der FFA als auch mit der PPA in hohem Maße verbunden ist.

Die Forscher untersuchen nun, wie das Gehirn seinen Fokus zwischen verschiedenen Arten von sensorischen Eingaben wie Sehen und Hören verschiebt. Sie untersuchen auch, ob es möglich sein könnte, Menschen zu trainieren, ihre Aufmerksamkeit besser zu fokussieren, indem sie die an diesem Prozess beteiligten Gehirninteraktionen steuern.

"Man muss die grundlegenden neuronalen Mechanismen identifizieren und Grundlagenforschungsstudien durchführen, die manchmal Ideen für Dinge hervorbringen, die von praktischem Nutzen sein könnten", sagte Desimone. "Es ist noch zu früh, um sagen zu können, ob dieses Training überhaupt funktionieren wird, aber wir verfolgen es aktiv."

Die von den National Institutes of Health und der National Science Foundation finanzierte Studie wurde in der Online-Ausgabe von veröffentlicht Wissenschaft.

Quelle: Massachusetts Institute of Technology