Wollten Forscher bisher untersuchen, wie sich unser Gehirn bei Bewegungs- und Navigationsaufgaben verhält, standen sie vor einem Problem: Die meisten Techniken, mit denen sich die Hirnaktivität beobachten lässt, funktionieren nur, wenn der Proband dabei in einer Röhre liegt oder zumindest seinen Kopf während der Hirnstrommessung stillhält. Echte Bewegungen waren also nicht möglich, als Behelf diente virtuelle Realität. Diese Studien sowie Untersuchungen an Nagetieren deuten darauf hin, dass der mittlere Temporallappen im Gehirn eine wichtige Rolle bei der Navigation spielt. „Aber das weiter zu testen, war technisch schwierig“, sagt Matthias Stangl von der University of California Los Angeles.
Neue Technik zur mobilen Hirnstrommessung
Stangl und seine Kollegen haben das Problem deshalb auf neue Weise gelöst. Als Probanden rekrutierten sie Menschen, die aufgrund von nicht medikamentös behandelbaren epileptischen Anfällen Elektroden ins Gehirn implantiert bekommen hatten. Diese messen die Hirnaktivität und geben im Bedarfsfall Impulse ab, die einen Krampfanfall verhindern. Stangl und Kollegen entwickelten ein Gerät, das die Daten dieser Elektroden empfängt und das die Probanden als Rucksack mit sich tragen können.
„Der Rucksack ermöglicht uns zu beobachten, wie das Gehirn bei natürlichen Bewegungen funktioniert“, erklärt Stangls Kollege Uros Topalovic. Nanthia Suthana, die die Forschungsgruppe leitet, ergänzt: „Wir konnten zum ersten Mal direkt untersuchen, wie das Gehirn einer Person durch einen tatsächlichen physischen Raum navigiert, der mit anderen geteilt wird. Unsere Ergebnisse deuten darauf hin, dass unsere Gehirne einen gemeinsamen Code verwenden, um zu wissen, wo wir und andere sich in sozialen Umgebungen befinden.“
Hirnströme zeigen räumliche Grenzen
In ihrem Experiment baten die Forscher ihre Probanden zunächst, durch einen Raum zu gehen, während der Rucksack ihre Hirnströme empfing und ein am Kopf angebrachtes Gerät die Augenbewegungen verfolgte. Dabei zeigte sich: Immer wenn sich die Probanden einer Wand näherten, verstärkten sich bestimmte Hirnströme, sogenannte Theta-Wellen, im Temporallappen der Probanden. Per Lautsprecher erhielten die Probanden nun Anweisungen, sich zu einem gut sichtbar an der Wand angebrachten Schild zu begeben oder ein verstecktes Ziel auf dem Boden des Raumes zu suchen. Auch die zielgerichtete Bewegung spiegelte sich in einer spezifischen Theta-Aktivität.
Damit bestätigt das Experiment Hinweise aus früheren Studien an Nagern sowie an Menschen in virtueller Realität. Auch darin hatte sich bereits angedeutet, dass das Gehirn eine mentale Karte erstellt, in der Wände oder andere Grenzen andere Aktivitätsmuster auslösen als freie Flächen. „Diese Ergebnisse unterstützen die Idee, dass unter bestimmten mentalen Zuständen Theta-Rhythmen dem Gehirn helfen können zu wissen, wo sich Grenzen befinden. In diesem Fall sind wir fokussiert und suchen nach etwas“, so Stangl. Anhand weiterer Analysen konnten die Forscher ausschließen, dass andere Faktoren wie Augen- oder Kopfbewegungen das Ergebnis verzerrt hatten.
