Neurowissenschaftler haben künstliche neuronale Netze entwickelt, um dieses Phänomen zu erforschen: Es sind die Vorhersagefähigkeiten, die unser Gehirn funktionieren lassen
Das menschliche Gehirn ist eines der faszinierendsten Themen für Wissenschaftler, von Fake News einmal abgesehen. Und einige Elemente seiner Funktionsweise sind trotz neuerer und sehr "spezieller" Studien immer noch unbekannt. So ist beispielsweise immer noch unklar, wie das Gehirn aus Empfindungen Wahrnehmungen macht. Tatsächlich gibt es zahlreiche Forschungsergebnisse, die zeigen, dass das Gehirn nicht in der Lage ist, Informationen aus den Sinnesorganen wie ein Puzzle zusammenzusetzen.
Die Vorhersagefähigkeiten des Gehirns
Nach dieser neuen Theorie nutzt das Gehirn die Informationen, die es bereits über seine Umgebung hat, um Hypothesen über die empfangenen Sinnesreize aufzustellen. Es sind also die Hypothesen und nicht die Reize, die unsere Wahrnehmungen erzeugen. Und das funktioniert vor allem dann, wenn die Reize, die es empfängt, schwer zu interpretieren sind.
"Diese Theorie steckt noch in den Kinderschuhen, und wir sind offen für alternative Erklärungen", sagt Floris de Lange, ein Neurowissenschaftler an der Radbound-Universität in den Niederlanden. Die Forscher verwenden ein Computermodell, um die Richtigkeit ihrer Hypothesen zu überprüfen.
Die Studien der Neurowissenschaftler
Die Forscher haben ein künstliches neuronales Netz gebaut, das das Verhalten von Neuronen in der Natur widerspiegelt. Dieses Netz hat gelernt, Vorhersagen über eingehende Informationen zu treffen, und hat einige überraschende Fähigkeiten gezeigt. Die mit diesem künstlichen Netzwerk durchgeführten Experimente legen nahe, dass sich unser Gehirn zu einer "Vorhersagemaschine" entwickeln musste, um die Leistungsgrenzen zu erreichen, die es aufnehmen kann.
Dank dieser Computerstudien sind die Neurowissenschaftler zunehmend davon überzeugt, dass das Gehirn auf der Grundlage von Erfahrungen arbeitet und Annahmen über die Ursachen von Sinnesreizen trifft. Während die genauen Details dieses Prozesses noch unklar sind, scheinen die Konturen immer klarer zu werden.
Diese Idee gibt es eigentlich schon seit tausend Jahren: Der arabische Astronom Hasan Ibn Al-Haytham sprach 1011 davon, dann der deutsche Physiker Hermann von Helmholtz 1860 und schließlich die Kognitionspsychologen zu Beginn des zwanzigsten Jahrhunderts. Die erste wirklich wissenschaftliche Studie stammt von Richard Langton Gregory aus dem Jahr 1980, der argumentierte, dass Wahrnehmungstäuschungen im Wesentlichen auf fehlerhaften Annahmen des Gehirns über die Ursachen von Sinneseindrücken beruhen.
Allerdings bestehen nach wie vor viele Zweifel darüber, wie die Vorhersageverarbeitung tatsächlich funktioniert. Eine Theorie besagt, dass es eine Hierarchie von Ebenen der Informationsverarbeitung in unserem Gehirn gibt. Die höchste Ebene stellt abstraktes Wissen dar: zum Beispiel die Wahrnehmung einer Schlange im Schatten eines Dickichts. Diese Ebene macht Vorhersagen über diese Wahrnehmung und sendet sie an niedrigere Ebenen, die sie mit den verarbeiteten Informationen vergleichen. Wenn etwas nicht passt, sendet sie die Information mit einem Fehlersignal zurück nach oben, damit die höhere Ebene ihre Vorhersagen aktualisieren kann. Die letzte Ebene ist diejenige, die die sensorischen Reize tatsächlich empfängt.
Insbesondere im Neokortex des Mäusegehirns gibt es pyramidale Neuronen, von denen man annimmt, dass sie anatomisch für die prädiktive Verarbeitung geeignet sind. Sie können sowohl sensorische Signale von der untersten Ebene als auch prädiktive Signale von der obersten Ebene empfangen.