Hirnstudie offenbart unerwarteten Unterschied zwischen Affe und Mensch

(28.10.2015) Eine Studie an der Universität Bonn offenbart einen unerwarteten Unterschied in der Informationsverarbeitung von Affe und Mensch. Beide können sehr schnell erkennen, wohin ein Gegenüber blickt.

Die Auswertung der Blickrichtung erfolgt bei Affen im so genannten Mandelkern, einer entwicklungsgeschichtlich sehr alten Hirnregion. Der menschliche Mandelkern scheint für die Blickrichtung dagegen blind zu sein.

Die Forscher spekulieren, dass diese Fähigkeit stattdessen in die Hirnrinde ausgelagert wurde. Diese ist bei Menschen im Vergleich zu Tieren stark vergrößert. Die Ergebnisse sind jetzt in der November-Ausgabe der renommierten Fachzeitschrift Nature Neuroscience erschienen.


Blind für die Blickrichtung: Die Wissenschaftler zeigten ihren Probanden Fotos von Gesichtern, die in unterschiedliche Richtungen schauten. Anders als erwartet konnten die Nervenzellen im Mandelkern Unterschiede in der Blickrichtung nicht detektieren. Allerdings konnten sie zwischen den verschiedenen Gesichtern unterscheiden: Manche wurden nur bei Fotomodell 1 aktiv, andere nur bei Modell 2 oder Modell 4.

Der Mandelkern (lateinisch: Amygdala) ist unter anderem dafür zuständig, mögliche Gefahren zu erkennen. Dazu analysiert er beispielsweise die Informationen, die er vom Sehzentrum erhält: Kenne ich dieses Gesicht, oder ist es fremd? Schaut es freundlich drein oder wütend?

Auch die Blickrichtung des Gegenübers kann auf eine Bedrohung hinweisen: Sind seine Augen vor Schreck geweitet und fixieren einen Punkt über meiner Schulter? Dann sollte ich mich wohl am besten schnell umdrehen.

Studien deuten darauf hin, dass bei Affen die Erkennung der Blickrichtung ebenfalls im Mandelkern erfolgt. Bei Menschen ist die Lage nicht so klar: Manche Untersuchungen sprechen für eine Beteiligung des Mandelkerns, andere dagegen.

Lauschangriff auf Neurone

Die Forscher der Universität Bonn konnten diese Frage nun dank einer neuartigen Methode beantworten. Sie analysierten, wie einzelne Nervenzellen im Mandelkern von Epilepsie-Patienten auf den Anblick von Gesichtern reagieren.

Dazu zeigten sie ihren Probanden Portraitfotos verschiedener Personen. Von jedem Bild gab es neun Varianten: Auf einer schaute das Modell direkt in die Kamera, auf den anderen richtete es den Blick dagegen nach oben, schräg unten, zur Seite, etc.

Während die Patienten die Bilder betrachteten, zeichneten die Wissenschaftler die Signale einzelner Mandelkern-Neurone auf. Erstaunliches Ergebnis: „Wir hatten erwartet, dass manche Neurone vor allem bei einer bestimmten Blickrichtung feuern, also elektrische Pulse erzeugen“, erklärt Professor Dr. Dr. Florian Mormann von der Klinik für Epileptologie der Universität Bonn. „Dafür haben wir aber keine Anhaltspunkte gefunden. Die Blickrichtung scheint daher beim Menschen nicht im Mandelkern erkannt zu werden.“

Die Forscher vermuten, dass diese Aufgabe stattdessen in die Hirnrinde ausgelagert wurde. Allerdings konnten die Neuronen im Mandelkern zwischen verschiedenen Gesichtern unterscheiden: Manche wurden nur bei Fotomodell 1 aktiv, andere nur bei Modell 2 oder Modell 4.

Elektroden im Gehirn

Es gibt weltweit nur eine Handvoll Zentren, an denen Studien wie diese durchgeführt werden können. Dass die Universität Bonn zu diesem elitären Kreis gehört, hat seinen guten Grund: Die Klinik für Epileptologie des Universitätsklinikums ist deutschlandweit führend bei der operativen Therapie des Krampfleidens. Ursache der charakteristischen Anfälle ist oft ein Defekt im so genannten Schläfenlappen.

Die Ärzte versuchen, die defekte Region aufzuspüren und chirurgisch zu entfernen. Im Idealfall sind die Betroffenen anschließend anfallsfrei.

Mitunter ist der verantwortliche Defekt jedoch schwer zu verorten. In diesem Fall werden den Patienten Elektroden ins Gehirn implantiert. Über sie lassen sich die Anfälle aufzeichnen und ihr Entstehungsort lokalisieren.

Die Elektroden sind hohl und enden im Schläfenlappen, einer Hirnregion, in der sich auch der Mandelkern befindet. „Dieser Umstand lässt sich für weitere Untersuchungen nutzen“, erklärt Professor Mormann. In der aktuellen Studie schoben die Forscher durch den hohlen Kern haarfeine Drähtchen bis zum Mandelkern vor. Dadurch konnten sie die Signale der einzelnen Nervenzellen abgreifen.

Mormann hat die Methode am California Institute of Technologie (CalTech) und an der University of California in Los Angeles (UCLA) erlernt. Der CalTech-Wissenschaftler Professor Dr. Ralph Adolphs – Co-Autor der Studie – gilt als einer der Pioniere auf dem Gebiet der Mandelkern-Forschung.

Die Daten der aktuellen Arbeit stammen allerdings komplett aus Bonn. „Für die Patienten bedeutet die Methode kein zusätzliches Risiko“, betont Mormann. „Für uns bietet sie jedoch die einmalige Chance, die Neuronen bei ihrer Arbeit zu belauschen.“

Publikation

Florian Mormann, Johannes Niediek, Oana Tudusciuc, Carlos M Quesada, Volker A Coenen, Christian E Elger & Ralph Adolphs: Neurons in the human amygdala encode face identity, but not gaze direction; Nature Neuroscience; DOI:10.1038/nn.4139



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