Demystifizierung des Sehens: Optische Täuschungen erhellen neuronale Pfade

Eine bahnbrechende Studie zeigt, dass Mäuse neofarbliche Ausbreitungsillusionen wahrnehmen, was unser Verständnis für die visuelle Verarbeitung verbessert. Quelle: SciTechDaily.com

Zum ersten Mal zeigt eine Forschung, dass eine bestimmte Art von visueller Illusion, die neofarbliche Ausbreitung, auf Mäuse wirkt. Die Studie ist auch die erste, die die Nutzung von zwei Untersuchungstechniken namens Elektrophysiologie und Optogenetik zur Untersuchung dieser Illusion kombiniert. Ergebnisse von Experimenten an Mäusen beenden eine langjährige Debatte in den Neurowissenschaften darüber, welche Ebenen der Neuronen im Gehirn für die Wahrnehmung von Helligkeit verantwortlich sind.

Wir sind alle mit optischen Täuschungen vertraut; einige sind Neuheiten, während andere überall um uns herum sind. Auch wenn Sie gerade auf den Bildschirm vor Ihnen schauen, werden Sie dazu gebracht zu denken, dass Sie die Farbe Weiß sehen. Was Sie wirklich sehen, sind viele rote, grüne und blaue Elemente, die so eng zusammengepackt sind, dass sie den Eindruck erwecken, weiß zu sein. Ein weiteres Beispiel ist ein sich schnell drehendes Rad oder Propeller, das kurz so aussehen kann, als ob es seine Richtung ändert, während es auf volle Geschwindigkeit beschleunigt.

In jedem Fall mag es überraschend sein zu erfahren, dass optische Illusionen nicht nur Spaß machen, sondern auch nützliche Werkzeuge sein können, um mehr über Augen, Nerven, Geist und Gehirn zu erfahren.

Was sehen Sie? Dies ist eine klassische neofarbliche Ausbreitungsillusion und nicht dieselbe, die in diesen Experimenten verwendet wurde. Sie sehen wahrscheinlich zunächst einen hellblauen Kreis, der sich leicht vom ansonsten weißen Hintergrund abhebt. In Wirklichkeit ist der Hintergrund jedoch völlig weiß; es ist, als ob das Blau aus den blauen Abschnitten der schwarzen Filamente in den Kreis einfließt, der durch die Enden der blauen Linien angedeutet wird. Quelle: Wikimedia/blebspot, bearbeitet

Professor Masataka Watanabe vom Institut für Systeminnovation an der Universität von Tokio ist auf einer Mission, mehr über das Wesen des Bewusstseins zu erfahren. Es ist ein großes Thema, daher gibt es natürlich viele Möglichkeiten, es zu erkunden, und unter anderem verwendet er optische Täuschungen. Seine jüngste Forschung untersuchte, ob eine bestimmte Art von Illusion, die auf Menschen wirkt, auch auf Mäuse wirken würde. Und es stellt sich heraus, dass es funktioniert. Aber warum ist das von Bedeutung?

„Dass diese Art von Illusion, die als Neofarb-Ausbreitungsillusion bezeichnet wird, sowohl bei Mäusen als auch bei Menschen funktioniert, ist für Neurowissenschaftler wie mich nützlich, da Mäuse als nützliche Testsubjekte für Fälle dienen können, in denen Menschen es nicht können“, sagt Watanabe. „Um wirklich zu verstehen, was im Gehirn während Wahrnehmungserfahrungen vor sich geht, müssen wir bestimmte Methoden verwenden, die wir nicht auf Menschen anwenden können. Dazu gehören die Elektrophysiologie, die Aufzeichnung der neuronalen Aktivität mit Elektroden, und die Optogenetik, bei der Lichtimpulse das Feuern spezifischer Neurone in einem lebendigen Gehirn aktivieren oder deaktivieren.“

Watanabes Experiment war das erste seiner Art, das gleichzeitig sowohl die Elektrophysiologie als auch die Optogenetik bei Tiersubjekten einsetzte, die der Neofarb-Ausbreitungs-Illusion ausgesetzt waren. Dadurch konnte sein Team genau erkennen, welche Strukturen im Gehirn für die Verarbeitung der Illusion verantwortlich sind.

„Nachdem ein visueller Reiz auf das Auge trifft, wird er von Nerven zum Gehirn transportiert und dort von einer Reihe von Neuronenschichten namens V1, V2 usw. empfangen, wobei V1 die erste und einfachste Schicht ist und V2 und höher als höhere Schichten gelten“, erklärt Watanabe.

„Es gibt eine langjährige Debatte in den Neurowissenschaften über die Rolle, die höhere Ebenen bei der Wahrnehmung von Helligkeit spielen, und es war nicht einfach zu studieren. Unser Experiment an Mäusen hat gezeigt, dass Neuronen in V1 nicht nur auf die Illusion reagiert haben, sondern auch auf eine nicht illusionäre Version desselben Musters. Nur wenn die illusorische Version den Mäusen gezeigt wurde, spielten auch Neuronen in V2 eine entscheidende Rolle: Sie modulierten die Aktivität der Neuronen in V1, was beweist, dass Neuronen in V2 tatsächlich eine Rolle bei der Wahrnehmung von Helligkeit spielen.“

Dieses Experiment hat gezeigt, dass Mäusemodelle in diesem Bereich der Neurowissenschaften effektiv sein können. Watanabe hofft, dass dies erst der Anfang ist und dass solche Experimente dazu beitragen werden, sein großes Ziel zu erreichen: die Aufklärung des neuronalen Mechanismus des Bewusstseins.

Referenz: „Brightness illusions drive a neuronal response in the primary visual cortex under top-down modulation“ von Alireza Saeedi, Kun Wang, Ghazaleh Nikpourian, Andreas Bartels, Nikos K. Logothetis, Nelson K. Totah und Masataka Watanabe, 23. April 2024, Nature Communications. DOI: 10.1038/s41467-024-46885-6