Wie unser Gehirn Feedback verarbeitet

Wenn wir einen Ball fangen wollen, muss unser Gehirn die aktuelle Geschwindigkeit und Geschwindigkeit des Balls in Sekundenbruchteilen verarbeiten und gleichzeitig mit früheren Erfahrungen vergleichen, wie wir den Ball bei früheren Versuchen gefangen oder verloren haben Jede zusätzliche Anstrengung hilft uns, unsere Reaktion besser anzupassen. Ein Forscherteam hat nun herausgefunden, dass der Hippocampus bei den dafür notwendigen Verarbeitungsvorgängen eine entscheidende Rolle spielt. Diese Gehirnregion ist auch mit der Bildung des Langzeitgedächtnisses verbunden.

Täglich löst unser Gehirn komplexe Aufgaben, die den richtigen Zeitpunkt finden müssen. Ein einfaches Beispiel ist ein Ballspiel: Wirft uns jemand einen Ball zu, berechnet unser Gehirn in Sekundenbruchteilen, wie schnell und in welche Richtung der Ball fliegt und wo und wann wir ihn am besten fangen können. Bei wiederholten Versuchen fließen auch Informationen aus früheren Versuchen ein, um die Antwort noch genauer zu machen.

Virtuelles Fangspiel in MRT

„Jeder Wurf ist etwas anders als der letzte“, sagt Ignatius Polti von der Norwegischen Universität für Wissenschaft und Technologie in Trondheim. “Manche Haare kommen früher, manche später.” Während des Spiels lernt das Gehirn die Verteilung der Ankunftszeiten und verwendet diese Informationen, um Erwartungen für zukünftige Würfe zu erstellen. Kombinieren wir dieses Vorwissen mit konkreten Informationen zum aktuellen Wurf, können wir das Timing unserer Fangversuche verbessern.“ Gemeinsam mit seinem Team hat er untersucht, wie unser Gehirn dazu in der Lage ist und welche Hirnregionen an der Verarbeitung beteiligt sind.

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Um zu beobachten, wie das Gehirn aktuelle und frühere Informationen koordiniert, ließen Polti und sein Team 34 Probanden ein virtuelles Fangspiel in einem MRT-Scanner spielen. Ein Punkt bewegt sich in einer geraden Linie zum Rand eines Kreises. Er wurde ohnmächtig, bevor er sein Ziel erreichte. Die Probanden wurden gebeten, einen Knopf zu drücken, wenn sie davon ausgingen, dass der Punkt auf dem Rand des Kreises hätte landen sollen. Unmittelbar danach erhielten sie jeweils eine Rückmeldung, wie genau ihre Vermutungen waren. „Uns hat interessiert, wie die Teilnehmer bei dieser Aufgabe die Verteilung von Zeitintervallen lernen und wie sie ihre Überzeugungen über diese Verteilung im Laufe der Zeit aktualisieren“, erklärt Poltis Kollege Matthias Nau. “Dieser Aktualisierungsprozess ist entscheidend, weil er es uns ermöglicht, die Verhaltensanforderungen in unserer Umgebung flexibel zu ändern.”

Wenden Sie sich dem Durchschnitt zu

Insgesamt waren die Schätzungen der Teilnehmer meist nahe an der Realität. Sie schnitten am besten ab, wenn sich der Punkt mit mäßiger Geschwindigkeit bewegte. Wenn er sich besonders schnell oder langsam bewegte, zeigten die Probanden eine Tendenz, kurze Zeiträume zu überschätzen und lange Zeiträume zu unterschätzen. “Mit anderen Worten, ihre Schätzungen waren auf den Durchschnitt aller Studien ausgerichtet”, sagt Polti. „Wir glauben, dass dieses Phänomen die Vertrautheit der Teilnehmer mit der Bandbreite der Zeitintervalle im Spiel widerspiegelt und eine wichtige Verhaltensanpassung darstellt, um mit Ungewissheit umzugehen – wenn man sich über den aktuellen Versuch unsicher ist.“ , kann man der Durchschnitt aller anderen sein. “Versuchen Sie, ein guter Richter zu sein.”

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Aktivität im Hippocampus

Das Gehirn der Probanden muss daher die Verteilung erlebter Zeitintervalle abschätzen und in die Entscheidung einfließen lassen. Anhand von MRT-Bildern entdeckte Poltis Team, wie sich dies in der Gehirnaktivität widerspiegelt. „Wir fanden Hinweise auf lernbedingte Veränderungen im gesamten Gehirn, insbesondere in Bereichen, die typischerweise in Bezug auf Belohnungsverarbeitung und Gedächtnis untersucht werden“, sagt Poltis Kollege Christian Doller.

Besonders auffällig war die Aktivität im Hippocampus. „Der Hippocampus wurde traditionell nicht als Ort angesehen, der sensomotorische Funktionen steuert, und sein Beitrag zur Gedächtnisbildung wird normalerweise auf einer längeren Zeitskala (Stunden, Tage, Wochen) diskutiert“, erklären die Forscher “In dieser Studie fanden wir jedoch eine Beziehung zwischen Hippocampus-Aktivität und Echtzeit-Verhaltensleistung bei einer schnelllebigen Aufgabe, von der traditionell angenommen wird, dass sie vom Hippocampus unabhängig ist.”

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Statistische Informationen und flexibles Verhalten

Die Forscher fanden heraus, dass die Hippocampus-Aktivität tatsächlich aus dem Feedback der Teilnehmer aus früheren Experimenten vorhergesagt werden konnte. Die Aktivität war am höchsten, wenn die Benutzer Feedback erhielten, dass sie einen besonders richtigen Tipp abgegeben hatten. Als sie Feedback erhielten, wurden sie abgewertet, die Hippocampus-Aktivität war am niedrigsten. Darüber hinaus spiegelt die Aktivität im Hippocampus Verhaltenstendenzen wider, kurze Perioden zu unterdrücken und lange Perioden zu minimieren.

Dies deutet darauf hin, dass die Teilnehmer ihr Wissen über die Verteilung der Zeitintervalle tatsächlich verbessert und aktualisiert haben, als sie Feedback erhielten, und dass der Hippocampus in diesem Prozess eine entscheidende Rolle spielt. „Wir glauben, dass die von uns entdeckten neuronalen Mechanismen über das Lernen hinausgehen und oft adaptivem Verhalten zugrunde liegen. Vielmehr können sie aufzeigen, wie wir im Allgemeinen durch konstruktives Feedback lernen und wie das Gehirn Überzeugungen in Echtzeit erzeugt und aktualisiert“, sagt Matthias Nau.

Quelle: Max-Planck-Institut für Kognitions- und Neurowissenschaften, Artikel: eLife, doi: 10.7554/eLife.79027

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