fMRT: Warum wir auch in Bewegung eine stabile Welt sehen

fMRT: Warum wir auch in Bewegung eine stabile Welt sehen
Der Kopf des Probanden wird im fMRT-Scanner mit computerkontrollierten Luftkissen stabilisiert. So sind Aufnahmen bei Kopfbewegungen möglich. LEDs dienen als Referenzpunkte für die Kopfbewegung. (©CIN, Universität Tübingen)

Tübinger Neurowissenschaftler erforschen das Zusammenspiel von visueller Wahrnehmung und Kopfbewegungen mittels funktioneller MRT.

  • Datum:
    12.03.2018
  • Autor:
    A. Karbe (mh/ktg)
  • Quelle:
    Eberhard Karls Universität Tübingen

Wenn wir gehen oder rennen, schwankt unsere Wahrnehmung der Welt nicht. Anders ist das aber, wenn visuelle Reize und die Wahrnehmung der eigenen Bewegung nicht zusammenpassen. Diese Erfahrung hat schon mancher gemacht, der mit einer Virtual-Reality-Brille in fremde Welten eingetaucht ist. VR-Brillen erfassen zwar kontinuierlich die Kopfbewegung des Trägers, und der Computer passt die visuelle Darbietung entsprechend an. Dennoch führt längeres Tragen der Brillen bei vielen Anwendern zu Übelkeit: Selbst moderne VR-Systeme haben derzeit noch Probleme, visuelle Information und Kopfbewegung mit der nötigen Präzision in Einklang zu bringen.

Wie das Gehirn die visuelle Information mit der Bewegung des Kopfes verrechnet und uns damit unsere Umwelt dennoch als stabil wahrnehmen lässt, erforschen Neurowissenschaftler an der Universität Tübingen mittels funktioneller MRT. Ihre Ergebnisse helfen besser zu verstehen, wie sich Virtual-Reality-Anwendungen auf das Gehirn auswirken.

Bewegung im MR-Scanner erwünscht

Die fMRT-Bildgebung akquiriert Bilddaten üblicherweise nur vom ruhenden Kopf. Mit einer ausgeklügelten Apparatur konnten die Tübinger Neurowissenschaftler Andreas Schindler und Andreas Bartels nun dennoch per fMRT beobachten, was im Gehirn geschieht, während wir den Kopf bewegen und dabei zusammenpassende bzw. sich widersprechende Bewegungs- und visuelle Reize wahrnehmen: Sie setzten ihren Probanden eine VR-Brille auf und legten sie in einen modifizierten fMRT-Scanner. Computergesteuerte Luftkissen sorgten dafür, dass der Kopf der Probanden nach einer Bewegung blitzschnell fixiert wurde. Während der Kopfbewegung wurden die auf die VR-Brille projizierten Bilder entweder an die Bewegung angepasst, so dass der Eindruck einer stabilen virtuellen Umwelt entstand. Oder die VR-Brille zeigte Bilder, die mit der Kopfbewegung in Konflikt standen. Sobald die Luftkissen den Kopf wieder stabilisiert hatten, wurde das fMRT-Signal aufgezeichnet.

„Beim Signal, das man mit fMRT misst, handelt es sich nicht um Aktionspotenziale an Neuronen. Vielmehr macht fMRT den Blutfluss und Sauerstoffverbrauch im Gehirn sichtbar, und zwar mit einer Verzögerung von einigen Sekunden. Eigentlich gilt das oft als Nachteil der fMRT. Aber den Moment, in dem das Gehirn der Probanden damit beschäftigt war, Kopfbewegung und VR-Bild in Einklang zu bringen, den konnten wir per fMRT noch Sekunden später aufzeichnen. Da lag der Kopf der Probanden aber schon wieder ruhig auf den Luftkissen. Kopfbewegung und Bildgebung gehen normalerweise nicht zusammen, aber wir haben das System sozusagen ausgetrickst“, erläutert Schindler.

Ihr Ergebnis: Ein Areal im posterioren insularen Kortex wies immer dann höhere Aktivierung auf, wenn VR-Brille und Kopfbewegung dem Probanden eine stabile Umwelt vorgaukelten, nicht aber, wenn beide Signale in Konflikt zueinander standen. Dasselbe traf auch auf eine Reihe weiterer Gehirnareale zu, die eine spezielle Rolle in der Verarbeitung von visueller Information bei Eigenbewegung spielen.