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Astronomie|Physik Technik|Digitales

Wie Rauschen dem Gehirn beim Denken hilft

Das Gehirn wird andauernd mit Störsignalen konfrontiert, die die eigentlichen, informationstragenden Signale im Gehirn überlagern. Viele dieser Störungen erzeugt das Gehirn selbst, beispielsweise durch ein zufälliges, unkontrolliertes „Feuern“ von Nervenzellen. Toshio Mori und Shoichi Kai von der japanischen Kyushu-Universität haben jetzt gezeigt, dass das Gehirn dieses störende Rauschen dazu nutzen kann, um zum Wahrnehmen zu schwache Signale zu verstärken. Das berichtet das Fachmagazin Nature in seiner Online-Ausgabe. Die beiden Physiker präsentieren ihr Ergebnis in der Fachzeitschrift Physical Review Letters (Bd. 88, Nr. 21, S. 218101).

Das Gehirn bedient sich dabei der so genannten „stochastischen Resonanz“. Signale, die so schwach sind, dass sie unterhalb der Wahrnehmungsschwelle bleiben, können durch die Addition von Störsignalen über diese Schwelle gehoben werden. Dabei kommt es aber auf die Stärke dieser Störsignale an: Zu schwache Signale bewirken nichts, zu starke überschreiten zwar zusammen mit dem informationstragenden Signal die Wahrnehmungsschwelle, überlagern die Information aber so stark, dass diese nicht mehr erkannt werden kann.

Um diese Theorie zu testen, maßen die Forscher mittels an der Kopfhaut ihrer Testpersonen befestigter Elektroden deren Alphawellen. Diese Gehirnwellen im Frequenzbereich zwischen acht und dreizehn Hertz können von außen synchronisiert werden, indem man auf die geschlossenen Augenlider einer Testperson ein helles, periodisch schwingendes Lichtsignal richtet.

Mori und Kai untersuchten nun zunächst, bei welcher Lichtintensität die Alphawellen gerade noch beeinflussbar waren. Dann richteten sie ein oszillierendes Lichtsignal mit einer Intensität, die unterhalb dieser Schwelle lag, auf ein Augenlid ihrer Testpersonen. Auf das andere Augenlid richteten sie ein zunächst schwaches „verrauschtes“ Lichtsignal, dessen Intensität sie langsam steigerten. Sie konnten beobachten, dass mit der Steigerung des Störsignals zunächst die Amplitude der Alphawellen im Gehirn der Testpersonen bis zu einem optimalen Wert zunahm. Bei weiterer Steigerung des Störsignals kehrte sich der Effekt um, weil dann der störende Einfluss überwog.

Mori und Kai glauben, dass die stochastische Resonanz bei vielen weiteren Gehirnfunktionen einschließlich der Denkvorgänge eine Rolle spielt.

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