Eigentlich wollten Aniruddha Das und Yevgeniy Sirotin untersuchen, wie Affen Formen wahrnehmen. Genauer: Die beiden Forscher vom Medical Center der Columbia Universität in New York wollten wissen, wie die Region im Affenhirn, die für optische Wahrnehmung zuständig ist, auf bestimmte Formen reagiert. Dazu ließen sie Affen ein Bild mit hellen Linien betrachten und schauten diesen Labor-Tieren dabei direkt in den Kopf. Das:
"Man implantiert ein Glasfenster über das Gehirn und bestrahlt die Gehirnoberfläche mit Licht in zwei verschiedenen Farben. Über das Transportmolekül Hämoglobin lässt sich so messen, wie viel sauerstoffreiches Blut an welchen Stellen vorhanden ist."
Ein gängiges Modell der Hirnforschung besagt nun, dass neuronale Aktivität den Anteil an frischem Blut erhöht und damit die Sauerstoffversorgung verbessert. Auch Aniruddha Das und Yevgeniy Sirotin konnten diesen Effekt beobachten. Sie registrierten sauerstoffreiches Blut im visuellen Cortex, in jener Hirnregion also, die für die Verarbeitung der Seheindrücke zuständig ist. Darüber hinaus aber tauchte auch noch ein weiteres Signal auf, das die beiden Forscher sich nicht erklären konnten: Auch dann wenn sie den Affen kein Bild zeigten und das Labor dunkel blieb, kam hin und wieder frisches Blut in den visuellen Cortex. Aniruddha Das:
"Es war ein ziemlich lästiges Signal. Wenn man erwartet, dass das sauerstoffreiche Blut direkt mit optischen Eindrücken gekoppelt sein muss, dann lag bei diesem Signal das Timing völlig falsch. Uns war zunächst überhaupt nicht klar woher es kam."
Erst nach monatelangen Experimenten kamen die beiden Hirnforscher schließlich zu folgender Erkenntnis: Das Hirn kann sich auch dann mit frischem Blut versorgen, wenn es ahnt, dass bald ein Reiz kommen wird. Es bestellt den Sauerstoff quasi auf Verdacht. Und das insbesondere dann, wenn eine Aufgabe regelmäßig erledigt werden muss. Dazu machten die Forscher das folgende Experiment: Sie zeigten den Affen alle fünf Sekunden ein Bild – und entsprechend wurde die Seh-Region im Hirn stets in diesem Rhythmus mit frischem Blut versorgt. Dann aber änderten die Forscher den Rhythmus. Sie zeigten das Bild seltener, zum Beispiel nur alle 30 Sekunden. Trotzdem kam die Blutlieferung weiterhin alle fünf Sekunden, bis sie sich nach einer Weile dem neuen Rhythmus anpasste. Das:
"Es könnte vielleicht ein Zentrum im Hirnstamm sein, das ganz allgemein auf solche regelmäßigen Aufgaben reagiert: Sehen, Hören, Körperbewegung und so weiter. Dieses Zentrum muss das Timing der Aufgaben genau erkennen, sie vorausahnen und dann Signale weiterleiten, an allgemeine Orte wie etwa das Herz oder die Pupillen, aber auch an spezifische Regionen im Hirn, die etwa für visuelle oder auditive Aufgaben zuständig sind."
Diese Ergebnisse sind für die Hirnforscher in doppelter Hinsicht bemerkenswert: Zum einen müssen sie jetzt ihre Modelle über den Zusammenhang von neuronaler Aktivität und Blutfluss überarbeiten, was insbesondere für die Auswertung von Kernspintomographie-Bildern wichtig ist. Zum anderen ist dieses Ergebnis ein Beitrag zur Diskussion um die Frage, was das Gehirn tut, wenn es scheinbar nichts tut. In Ruhe ist das Hirn nämlich nie; es verarbeitet vergangene Eindrücke, schafft Ordnung und Platz, bereitet sich auf zukünftige Aufgaben vor. Und dabei spielen dann nicht nur die neuronalen Verschaltungen der Hirnregionen eine wichtige Rolle sondern eben auch deren Versorgung und Verbindung über die Blutgefäße.
"Man implantiert ein Glasfenster über das Gehirn und bestrahlt die Gehirnoberfläche mit Licht in zwei verschiedenen Farben. Über das Transportmolekül Hämoglobin lässt sich so messen, wie viel sauerstoffreiches Blut an welchen Stellen vorhanden ist."
Ein gängiges Modell der Hirnforschung besagt nun, dass neuronale Aktivität den Anteil an frischem Blut erhöht und damit die Sauerstoffversorgung verbessert. Auch Aniruddha Das und Yevgeniy Sirotin konnten diesen Effekt beobachten. Sie registrierten sauerstoffreiches Blut im visuellen Cortex, in jener Hirnregion also, die für die Verarbeitung der Seheindrücke zuständig ist. Darüber hinaus aber tauchte auch noch ein weiteres Signal auf, das die beiden Forscher sich nicht erklären konnten: Auch dann wenn sie den Affen kein Bild zeigten und das Labor dunkel blieb, kam hin und wieder frisches Blut in den visuellen Cortex. Aniruddha Das:
"Es war ein ziemlich lästiges Signal. Wenn man erwartet, dass das sauerstoffreiche Blut direkt mit optischen Eindrücken gekoppelt sein muss, dann lag bei diesem Signal das Timing völlig falsch. Uns war zunächst überhaupt nicht klar woher es kam."
Erst nach monatelangen Experimenten kamen die beiden Hirnforscher schließlich zu folgender Erkenntnis: Das Hirn kann sich auch dann mit frischem Blut versorgen, wenn es ahnt, dass bald ein Reiz kommen wird. Es bestellt den Sauerstoff quasi auf Verdacht. Und das insbesondere dann, wenn eine Aufgabe regelmäßig erledigt werden muss. Dazu machten die Forscher das folgende Experiment: Sie zeigten den Affen alle fünf Sekunden ein Bild – und entsprechend wurde die Seh-Region im Hirn stets in diesem Rhythmus mit frischem Blut versorgt. Dann aber änderten die Forscher den Rhythmus. Sie zeigten das Bild seltener, zum Beispiel nur alle 30 Sekunden. Trotzdem kam die Blutlieferung weiterhin alle fünf Sekunden, bis sie sich nach einer Weile dem neuen Rhythmus anpasste. Das:
"Es könnte vielleicht ein Zentrum im Hirnstamm sein, das ganz allgemein auf solche regelmäßigen Aufgaben reagiert: Sehen, Hören, Körperbewegung und so weiter. Dieses Zentrum muss das Timing der Aufgaben genau erkennen, sie vorausahnen und dann Signale weiterleiten, an allgemeine Orte wie etwa das Herz oder die Pupillen, aber auch an spezifische Regionen im Hirn, die etwa für visuelle oder auditive Aufgaben zuständig sind."
Diese Ergebnisse sind für die Hirnforscher in doppelter Hinsicht bemerkenswert: Zum einen müssen sie jetzt ihre Modelle über den Zusammenhang von neuronaler Aktivität und Blutfluss überarbeiten, was insbesondere für die Auswertung von Kernspintomographie-Bildern wichtig ist. Zum anderen ist dieses Ergebnis ein Beitrag zur Diskussion um die Frage, was das Gehirn tut, wenn es scheinbar nichts tut. In Ruhe ist das Hirn nämlich nie; es verarbeitet vergangene Eindrücke, schafft Ordnung und Platz, bereitet sich auf zukünftige Aufgaben vor. Und dabei spielen dann nicht nur die neuronalen Verschaltungen der Hirnregionen eine wichtige Rolle sondern eben auch deren Versorgung und Verbindung über die Blutgefäße.