Tübinger Hirnforscher belegen, dass Wahrnehmungslernen im Kleinhirn stattfindet. Das zeigt die im internationalen Fachjournal „Current Biology“ veröffentlichte Arbeit. Bisher gingen Experten davon aus, dass hauptsächlich das motorische Lernen in diesem Hirnareal angesiedelt ist. Wahrnehmung und Handlung erfordert nicht nur das reibungslose Zusammenspiel aller Sinne. Der Mensch verlässt sich auch auf Erwartungen in Form sensorischer Vorhersagen. Damit diese exakt sind, müssen sie immer wieder an die aktuelle Situation angepasst werden. Das Kleinhirn ist für solch eine Rekalibrierung notwendig – unabhängig davon, ob eine Vorhersage für eine Wahrnehmung oder für eine Handlung genutzt wird.
„Adaptation und perzeptuelles Lernen sind essenziell, um die Konsequenzen eines möglichen Fehlverhaltens zu verringern. Durch Lernen erwerben wir Vorwissen und entwickeln Vorhersagen, die es uns erlauben adäquat und rechtzeitig auf unsere Umwelt zu reagieren“, sagt Dr. Axel Lindner vom Hertie-Institut für klinische Hirnforschung (HIH) und der Neurologischen Klinik des Universitätsklinikums Tübingen. Dafür müssen Kleinhirn und Großhirn in wechselseitigem Austausch stehen. Die Studie wurde gesunden Probanden und Patienten mit Kleinhirnerkrankungen durchgeführt.
Kleinhirn ganz großNahezu alle sensorischen Informationen laufen nicht nur ins Großhirn, sondern stehen auch dem Kleinhirn zur Verfügung. „Es scheint dabei, als ob das Kleinhirn die Verarbeitungsprozesse im Großhirn simuliert um diese vorherzusagen und gegebenenfalls zu korrigieren. Beide Strukturen bilden somit ein mächtiges Schleifensystem, das bei sensorischen Vorhersagen und deren Rekalibrierung ständig aktiv ist“, sagt Manuel Jan Roth vom Hertie-Institut für klinische Hirnforschung und der Neurologischen Klinik des Universitätsklinikums Tübingen. Dieses Arbeitsprinzip kennen Neurowissenschaftler bereits, wenn es um motorisches Lernen im Kleinhirn, auch Cerebellum genannt, geht. Die gleiche Arbeitsweise macht sich dieses Hirnareal beim Wahrnehmungslernen zu nutze, so die in der Publikation dargestellte Hypothese. Im Vergleich zu anderen Gehirnteilen zeichnet sich das Kleinhirn durch seinen regelmäßigen Aufbau aus, ähnlich einem immer wiederkehrenden Schaltkreis.
„Diese kristalline Struktur legt nahe, dass das Kleinhirn ein einheitliches funktionales Rechen-Prinzip anbietet, das den unterschiedlichen Großhirnarealen zur Verfügung gestellt wird, ein Prinzip das die Optimierung sensorischer Vorhersagen auch für das Wahrnehmungslernen ermöglicht“, erklärt Lindner, der auch am Bernstein Zentrum für Computational Neuroscience (BCCN) und dem Werner Reichardt Centrum für Integrative Neurowissenschaften (CIN) in Tübingen forscht, die Arbeitsweise des Kleinhirns.
Sensorische Vorhersagen in der PraxisAm Beispiel einer vermeintlich einfachen Handlung lässt sich die Notwendigkeit exakter sensorischer Vorhersagen gut verdeutlichen: Wollen wir eine Ketchup-Flasche mit dem Schlag einer Hand auf den Flaschenboden leeren, muss die andere Hand die Flasche festhalten. Damit dies gelingt, müssen wir in der Lage sein, Kraft und exakten Zeitpunkt, mit der die Hand auftrifft, vorherzusagen. Warten wir das auftreffen der Hand auf den Flaschenboden ab, reagieren wir zu spät. Denn durch die zeitlichen Verzögerungen, die durch die Nervenbahnen zum Gehirn entstehen, startet das notwendige Bewegungsprogramm nicht rechtzeitig. Um diese zeitliche Lücke zu überbrücken, erzeugt das Gehirn eine passende motorische Vorhersage. Das gleiche Prinzip greift bei der Wahrnehmung: Wollen wir eine Straße vor einem Auto sicher überqueren, müssen wir in der Lage sein korrekt vorherzusehen, wann das Fahrzeug unseren Weg kreuzt. „Damit solche sensorische Vorhersagen immer exakt sind, werden sie durch das Kleinhirn ständig rekalibriert, also an veränderte Umweltbedingungen, angepasst“, erklärt Roth seine Resultate. Die Ergebnisse der Studie sind auch von großer Relevanz für das Verständnis der Folgen von Kleinhirnerkrankungen: Denn Schwächen bei Kontrolle und Wahrnehmung von Bewegungen könnten auch auf einer Störungen der Rekalibrierung von sensorischen Vorhersagen beruhen.
Originaltitel der PublikationRoth et al., The Cerebellum Optimizes Perceptual Predictions about External Sensory Events, Current Biology Volume 23, Issue 10, 930-935; dx.doi.org/10.1016/j.cub.2013.04.027
Quelle: Pressemeldung Hertie-Institut für klinische Hirnforschung (HIH) auf Informationsdienst Wissenschaft idw
