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Forschungsarbeit

Ein Blinzeln der Aufmerksamkeit - ein Blinzeln im Gehirn?

von Timo Stein (06.04.2009)

Etwa 14.000 Mal am Tag erblinden wir für eine knappe halbe Sekunde – wir blinzeln. Kurzzeitig blind werden wir aber nicht nur durch das Schließen der Augenlider, auch unsere visuelle Aufmerksamkeit gönnt sich regelmäßige Pausen, in denen relevante Reize unserem Bewusstsein vorenthalten bleiben. Interessanterweise sind diese Aufmerksamkeits-Aussetzer von ganz ähnlicher Dauer wie das Blinzeln der Augen.

Um die Mechanismen des Zeitverlaufs visueller Aufmerksamkeit zu untersuchen, verwenden kognitive Psychologen eine sogenannte „Attentional-Blink“-Aufgabe. Die Versuchsteilnehmer müssen beispielsweise zwei Buchstaben in einem schnellen Strom aus Zahlen erkennen, in dem jeder Reiz nur für eine Zehntelsekunde gezeigt wird. Trotzdem ist es nicht schwierig, den ersten der beiden Buchstaben korrekt zu identifizieren. Wenn der zweite Buchstabe jedoch innerhalb einer knappen halben Sekunde nach dem ersten erscheint, ist es oft unmöglich, diesen zweiten Buchstaben zu erkennen.

Zahlreiche Modelle haben dieses kurze Aufmerksamkeitsblinzeln damit begründet, dass visuelle Informationen eine Art „Flaschenhals“ passieren müssen, um ins Kurzzeitgedächtnis und damit ins Bewusstsein zu gelangen. Demzufolge blockiert die Verarbeitung des ersten Buchstabens diesen Flaschenhals für eine knappe halbe Sekunde. Welche Hirnareale bilden das neuronale Substrat dieses Flaschenhalses? Bislang wurden Hirnareale, die in höheren kognitiven Operationen wie dem Ablegen von Informationen im Kurzzeitgedächtnis involviert sind, für das Aufmerksamkeitsblinzeln verantwortlich gemacht.

In meinem ersten Forschungsprojekt als Student im Masterprogramm „Neuro-Cognitive Psychology“ untersuchten meine Betreuer und ich, ob auch schon frühe, rein sensorische Hirnareale durch das Aufmerksamkeitsblinzeln beeinflusst werden. An der Universität Regensburg konnten wir dazu funktionelle Magnetresonanztomografie (fMRT) einsetzen, eine nicht-invasive Methode zur indirekten Erfassung von Gehirnaktivität über den Umweg der Messung des Sauerstoffkonzentration im zerebralen Blutfluss.

Hirnareale, die "aktiver" waren, wenn Versuchsteilnehmer den zweiten Reiz erkannten, d.h. wenn die Aufmerksamkeit nicht 'blinzelte".[Bildunterschrift / Subline]: Abb.: Hirnareale, die "aktiver" waren, wenn Versuchsteilnehmer den zweiten Reiz erkannten, d.h. wenn die Aufmerksamkeit nicht "blinzelte".

Um Gehirnaktivität im primären visuellen Kortex (V1) zu untersuchen, machten wir uns dessen retinotope Organisation zunutze: Ein Reiz, der im linken unteren Gesichtsfeld dargeboten wird, aktiviert ausschließlich einen rechts oben gelegenen Anteil von V1 und ein Reiz, der im oberen rechten Gesichtsfeld präsentiert wird, führt zu einer selektiven Aktivierung von einem links unten gelegenen V1-Anteil. Im Gegensatz zu früheren Attentional-Blink-Studien zeigten wir den Versuchsteilnehmern keinen Strom aus zentral auf dem Bildschirm dargebotenen Reizen, sondern boten die beiden zu berichtenden Stimuli (ein Buchstabe und eine Zahl) an unterschiedlichen Orten im visuellen Feld dar. 

Diese simple Veränderung war das entscheidende neue Element dieser Studie, da sie uns ermöglichte, die Trägheit der fMRT-Signale zu umgehen und die mit dem zweiten Reiz (dem Buchstaben) einhergehende Hirnaktivität von der mit dem ersten Reiz (der Zahl) korrelierende Aktivität zu trennen. Mit dieser räumlich hoch auflösenden Methode entdeckten wir, dass sich Auswirkungen des Aufmerksamkeitsblinzelns auf die Gehirnaktivität schon in frühesten visuellen Verarbeitungsstufen finden lassen, so auch in V1. Wenn die Versuchsteilnehmer den zweiten Reiz (die Zahl) nicht korrekt identifizierten – ihre Aufmerksamkeit also „blinzelte“ – maßen wir eine reduzierte Hirnaktivität in V1 im Vergleich zu Durchgängen, in denen die Teilnehmer den zweiten Reiz richtig berichteten.

Damit einhergehend spiegelte auch Aktivität in höheren Hirnareale wie dem posterioren parietalen Kortex, der traditionell mit Aufmerksamkeitssteuerung in Verbindung gebracht wird, die Leistung der Versuchsteilnehmer wider. Diese Ergebnisse sprechen dafür, dass visueller Aufmerksamkeit in der Zeit ein dynamisches neuronales Korrelat zugrunde liegt und Information im Gehirn nicht nur unidirektional von niederen Arealen in Richtung höhere Regionen projiziert wird, sondern frühe und späte Verarbeitungsstufen interagieren. Während früher angenommen wurde, dass ein Flaschenhals zum visuellen Kurzzeitgedächtnis und damit zum bewussten Wahrnehmen irgendwo in höheren Hirnarealen zu finden ist, unterstützen unsere Ergebnisse die Idee, dass die dynamische Interaktion von niederen sensorischen und höheren kognitiven Arealen visuelles Bewusstsein ermöglicht.

Wahrscheinlich ist also eine Unterbrechung von Schleifen zwischen räumlich verteilten Hirnarealen für das Blinzeln der Aufmerksamkeit verantwortlich. Zukünftige Studien an dieser Schnittstelle von Kognitionspsychologie und Neurowissenschaft werden einerseits Mechanismen visueller Aufmerksamkeit weiter aufdecken und andererseits einen kleinen Beitrag zum Verständnis der Komplexität des Gehirns leisten.


Timo Stein
* 1982

Stationen
  • 2002 - 2006
  • Diplom-Psychologie, Universität Mainz
  • 2006 - 2008
  • Neuro-Cognitive Psychology, LMU München
  • 2008
  • Visiting Student, Princeton University
  • seit 2009
  • PhD Student, Charité Berlin

Veröffentlichungen
  • Stein, T., Peelen, M. V., Funk, J., & Seidl, K. N. (in press). The fearful-face advantage is modulated by task demands: Evidence from the attentional blink. Emotion.
  • Stein, T., Zwickel, J., Kitzmantel, M., Ritter, J., & Schneider, W. X. (in press). Irrelevant words trigger an attentional blink. Experimental Psychology.
  • Schroeter, M. L., Stein, T., Maslowski, N., & Neumann, J. (submitted). Neural correlates of Alzheimer?s disease and mild cognitive impairment. Lancet Neurology.
  • Schroeter, M. L., Stein, T., Maslowski, N., & Neumann, J. (in press). Neural correlates of Alzheimer's disease and mild cognitive impairment: A systematic and quantitative meta-analysis involving 1,351 patients. Neuroimage.
  • Stein, T., Zwickel, J., Ritter, J., Kitzmantel, M., & Schneider, W. X. (2009). The effect of fearful faces on the attentional blink is task dependent. Psychonomic Bulletin & Review, 16, 104-109.
  • Stein, T., Vallines, I., & Schneider, W. X. (2008). Primary visual cortex reflects behavioral performance in the attentional blink. Neuroreport, 19, 1277-1281.