Ein neues Modell, wie das Gehirn unsere Welt ordnet

In der traditionellen Sicht der Neurowissenschaften findet die Kategorisierung am Ende der sensorischen Verarbeitung statt. Das Gehirn empfängt sensorische Details passiv, decodiert dann ihre Merkmale und gleicht sie mit gespeicherten Mustern im Gedächtnis ab, wie ein Angestellter, der durch einen neuronalen Aktenschrank blättert. Aber dieser Ansatz zur Kategorisierung hat Probleme, die enorme Flexibilität zu erklären, mit der wir Merkmalen der Welt Bezeichnungen zuordnen. An einem klaren Tag auf einer offenen Straße ist ein plötzliches rhythmisches Plappern eine aufsteigende Taube. Doch wenn wir nachts in einer düstern Gasse gehen, ist derselbe Geräusch das Trittgeräusch eines Fremden. Wie kann das Gehirn ähnliche sensorische Signale in verschiedenen Situationen radical unterschiedlich kategorisieren?

Zwei der weltweit führenden Neurowissenschaftler haben ein aktualisiertes Verständnis von Gehirnfunktion und -struktur auf diese Frage angewendet. In den Seiten von Nature Reviews Neuroscience haben Lisa Feldman Barrett, die Psychologie und Neurowissenschaften der Emotionen an der Northeastern University erforscht, und Earl Miller, der untersucht, wie das Gehirn zielgerichtetes Verhalten ausführt am Massachusetts Institute of Technology, zusammengearbeitet. Sie beschreiben, wie das Gehirn seine Kategorien im Moment constantly rekonstruiert, basierend nicht nur auf Sinnen und Gedächtnis, sondern auch auf den unmittelbaren physiologischen Bedürfnissen des Körpers.

Im Kern ihres Rahmens steckt eine kontraintuitive Erkenntnis. Während wir den Eindruck haben können, dass unsere Kategorien eine objektive Realität widerspiegeln, argumentieren die Forscher, dass das Gehirn Kategorien auf die Welt projiziert als Reaktion auf die Überlebensbedürfnisse des Körpers. Bevor wir uns unserer sensorischen Eindrücke überhaupt bewusst sind, bereitet das Gehirn den Körper bereits darauf vor, sich so zu verhalten, dass die energetischen Ressourcen erhalten bleiben, die unsere physiologischen Systeme antreiben. Auf diese Weise formen und begrenzen letztlich die Vorhersagen des Gehirns – und nicht die kumulativen Effekte sensorischer Informationen – wie wir Objekte und Merkmale der Welt kategorisieren.

Der Rahmen der beiden ist "eine frische Perspektive auf die Kategorisierung", sagte Luiz Pessoa, ein Neurowissenschaftler von der University of Maryland. Ihre Idee, "die Erhaltung der energetischen Zwänge des Lebens als grundlegend für die Strukturierung unserer Kategorien", sei "wirklich wichtig zu verfolgen", sagte er.

Auch neu in Barretts und Millers Rahmen ist die Hypothese, dass die Kategorisierung nicht in einem bestimmten Bereich des Gehirns stattfindet, sondern über das gesamte Organ und darüber hinaus. Um zu verstehen, wie Organismen Kategorien bilden, argumentierten sie, müssten Neurowissenschaftler das gesamte Nervensystem betrachten, vom Kopf bis zum Fuß.

Heavyweight Match

Viele Jahre waren diese zwei einflussreichen Neurowissenschaftler im selben Kreis, hatten aber nie direkt zusammengearbeitet.

Miller misst hochrangige elektrische Muster im Gehirn, um die Mechanismen besser zu verstehen, die ein Modell der neuronalen Berechnung antreiben, das als prädiktiver Code bekannt ist. Der prädiktive Code betrachtet unsere Wahrnehmungen als Produkte der Vorhersagen des Gehirns, nicht als eine Szene, die aus sensorischen Signalen aufgebaut wird, die es passiv empfängt.

Typischerweise, wenn wir eine normale sensorische Szene erleben (zum Beispiel Entspannung zu Hause) ohne neue Informationen, erzeugt das Gehirn Vorhersagesignale über die Umgebung (bekannt als Feedback-Signale), die eingehende sensorische (oder Feedforward-) Signale dominieren. Aber wenn etwas Unerwartetes passiert – ein Ereignis, das vom Vorhersagemodell abweicht – stoßen die sensorischen Feedforward-Signale, wie sie im visuellen Kortex ankommen, auf die Vorhersage-Feedback-Signale. Dieser Unterschied erzeugt Vorhersagefehler. Wenn sensorische Signale Ihr Vorhersagemodell verletzen, können sie als Gefühl des Erstaunens in das bewusste Erleben eintreten.

"Ihr Gehirn muss ständig Vorhersagen darüber treffen, was in den nächsten Sekunden passieren wird, weil es den Großteil der eingehenden sensorischen Informationen ausfiltern muss", sagte Miller. "Es kann nicht alles verarbeiten, also sucht es hauptsächlich nach Dingen, die mit Vorhersagen nicht übereinstimmen, weil das informativer ist."

In ihrer Arbeit hat Barrett diese Ideen der Vorhersage und Erwartung auf unser theoretisches Verständnis von Emotionen angewendet. Zentral für ihre Arbeit ist das Konzept der Allostasis: wie ein Organismus energetische Nutzung vorhersagend reguliert. Nach ihrer Auffassung ähneln Emotionskategorien – Angst, Glück, Ärger – prädiktiven "Aktionsplänen", die das Nervensystem erzeugt, um Verhaltensweisen zu aktivieren, die uns in der Vergangenheit gut gedient haben. Zum Beispiel würde ein aufgewachter körperlicher Zustand mit erhöhter Herzfrequenz, schnellem Atmen und angespannten Muskeln im Kontext, von einem Hund gejagt zu werden, auf die Emotionskategorie "Angst" hindeuten, um bestimmte Verhaltensweisen zu aktivieren und unsere Energieressourcen für Kampf oder Flucht zu nutzen. Traditionell wurden Emotionen als fest verdrahtet in bestimmten Schaltkreisen betrachtet.