Mal kurz in einen Körper des anderen Geschlechts schlüpfen? Es klingt nach Fantasterei, ist aber kein Ding der Unmöglichkeit. Forscher können die Vorstellung, die sich unser Gehirn von dem ihm zugehörigen Körper macht, erfolgreich manipulieren.

Wissenschaftliche Beratung: Dr. Christian Pfeiffer, Prof. Dr. Martin Lotze

Das Wichtigste in Kürze

• Wir wissen intuitiv, welche Teile zu unserem Körper gehören und wie sie angeordnet sind. Dennoch ist dieses Körperbild eine Funktion des Gehirns und kann unter bestimmten Umständen fehlerhaft sein.
• Krankhaft gestört ist das Körperbild etwa bei Neglect-Patienten oder bei manchen Epileptikern, die vorübergehende außerkörperliche Erfahrungen haben.
• Aber auch bei Gesunden ist das Körperbild flexibel. Die Mechanismen, auf denen es beruht, lassen sich gezielt austricksen – so entstehen dann etwa die Gummihand- oder die Körpertausch-Illusion.

Einmal buchstäblich in der Haut eines anderen stecken: Bei fantasiefreudigen Filmemachern ist die Idee schon lange beliebt. Von “Solo für 2” bis “Switch – Die Frau im Manne”, von “Big” bis “Being John Malkovich”: Wenn das “Ich” der Hauptfigur plötzlich in einem fremden Körper wohnt, oder im Körper der Hauptfigur ein fremdes “Ich”, lassen sich herrliche Verwicklungen konstruieren. Dahinter steht freilich eine Frage, die nicht nur für Komödien taugt, sondern Philosophie und Wissenschaft schon immer beschäftigt hat: Wie verhalten sich Geist und Körper zueinander? Oder genauer: Wie verhalten sich Gehirn und Körperbild zueinander, und wie beeinflussen sich beide gegenseitig?

Ob wir nach etwas greifen, uns im Spiegel betrachten oder einen anderen Menschen an uns drücken: Wer wir sind, wo unser Körper endet und in welcher räumlichen Beziehung die Teile unseres Körpers zueinander stehen, ist uns intuitiv klar. Diese bewusst erlebte Selbstrepräsentation, Psychologen sprechen vom “Körperbild” oder “Körperschema”, erscheint so selbstverständlich, dass wir kaum einen Gedanken daran verschwenden. Hirnforscher geben sich damit freilich nicht zufrieden – sie wollen genauer wissen, wie das Bild unseres Körpers im Kopf entsteht.

Die Macht der somatosensorischen Karten

Zentrale Hirnregion für unsere Wahrnehmung von Körperberührungen und Propriozeption, also die Selbstwahrnehmung des Körpers, ist der primäre somatosensorische Cortex. Er verläuft wie der Bügel eines Kopfhörers einmal quer über das Gehirn und wandelt Sinnesempfindungen aus der Haut und den Gliedern in Wahrnehmung um. Dabei verarbeitet jedes Areal des Cortex einen anderen Körperteil, sodass sich eine so genannte somatosensorische Karte ergibt. Diese Karte jedoch kann einem Menschen bei Erkrankungen ungewöhnliche Eindrücke seines Körpers übermitteln. So spüren Patienten, denen etwa ein Arm oder ein Bein amputiert wurde, später oft Phantomschmerzen im fehlenden Körperteil – vermutlich weil dessen corticale Karte wegen der fehlenden Reize aus dem Stumpf falsche Signale sendet.

Ganz anders wirkt sich ein so genannter Neglect aus, der manchmal nach Schlaganfällen auftritt. Die Patienten können etwa nach einer Störung des Parietallappens eine Körperhälfte nicht mehr richtig wahrnehmen. Fertigen sie eine Zeichnung an, ist auch dort die betroffene Seite, etwa die linke Raumhälfte eines Zimmers, vernachlässigt oder fehlt ganz. Die Patienten sind sich dieser Störung nicht bewusst.

Noch stärker kommt die Identifikation mit dem körperlichen Selbst bei so genannten außerkörperlichen Erfahrungen durcheinander. Bedingt etwa durch Drogeneinfluss, extreme Angst oder bestimmte Epilepsien meinen manche Menschen vorübergehend ihren Körper zu verlassen und sich selbst von außen zu sehen. 2002 entdeckten Forscher in Genf und Lausanne um den Neurologen Olaf Blanke per Zufall, dass sie solche außerkörperlichen Erfahrungen bei einer Patientin gezielt hervorrufen konnten, indem sie den rechten Gyrus angularis stimulierten. Diese Cortex- Region im Übergangsbereich von rechtem Schläfen– und Parietallappen verrechnet verschiedene Körpersignale mit Seh– und Rauminformationen.

Die unheimliche dritte Hand

Aber auch Gesunde können erfahren, dass ihr Körperbild keineswegs unwandelbar feststeht, sondern schnell und mit relativ einfachen Mitteln manipuliert werden kann. Fast schon ein Klassiker ist die “Gummihand- Illusion”. Bei diesem Experiment sitzt ein Proband an einem Tisch und einer seiner Arme ruht hinter einem Sichtschutz. Direkt daneben wird eine Gummihand gelegt, die für den Teilnehmer sichtbar ist. Der “fehlende” Arm der Gummihand wird mit einem Tuch abgedeckt. Nun streichelt der Versuchsleiter mit einem Pinsel gleichzeitig die echte und die Gummihand – und der Proband stellt erstaunt fest, dass er die Gummihand als Teil seines Körpers wahrnimmt.

Die Erklärung für dieses irritierende Phänomen ist erstaunlich simpel: Offenbar versucht das Gehirn die verfügbaren Sinnesinformationen zu einem stimmigen Bild zusammenzufügen. Unpassendes wird dabei passend gemacht. Im Fall der Gummihand- Illusion dominiert die visuelle räumliche Information über das Tastempfinden: Man fühlt, was man sieht. Das Gehirn verknüpft beides kausal und generiert so die illusionäre Vorstellung, die Gummihand sei die eigene. Die abweichende propriozeptive Rückmeldung, wo sich der Arm tatsächlich befindet, wird vom Probanden vernachlässigt – ebenso wie das nüchterne Wissen, dass man eine Gummihand vor sich hat.

Chance für Amputierte?

Mittlerweile wurden viele Varianten des Ursprungsversuchs getestet. So ließen Forscher um den Schweden Henrik Ehrsson vom Karolinska Institutet in Stockholm die echte Hand im Blickfeld, direkt neben der Gummihand, nur der Arm blieb verdeckt – mit dem Ergebnis, dass die Probanden meinten, eine dritte Hand zu haben und gleichermaßen erschraken, wenn die Gummi– oder die echte Hand mit einem Messer bedroht wurde. Ehrsson war es auch, der einige Jahre zuvor in England mittels Hirnscans zeigen konnte, welche Areale aktiv sind, wenn Probanden eine Gummihand bewusst als ihren eigenen Körperteil empfinden. Die Hauptrolle spielt demnach der prämotorische Cortex, der Bewegungen vorbereitet und auf der Basis verschiedener Sinnesinformationen die Position der Arme und Hände berechnet.

Experimente in Pisa und Alicante wiederum ergaben, dass statt einer Gummihand auch eine virtuelle, passend ins Gesichtsfeld projizierte Hand als Körperteil akzeptiert wird. Dazu erfassten die Forscher die Bewegungen der echten Hand per Datenhandschuh und übertrugen sie eins zu eins auf die Projektion. So konnten sie beweisen, dass bereits die Kombination von Sehen- und- Bewegen- Können ausreicht, um die virtuelle Hand ins Körperbild zu integrieren.

Solche Ergebnisse sind auch für die praktische Anwendung interessant: So könnten sie Amputierten helfen, indem sie aktiv steuerbare Prothesen zum gefühlt eigenen Körperteil werden lassen. Oder sie könnten virtuelle Realitäten ganz besonders lebensecht machen. Das dürfte Fans von Computerspielen ebenso freuen wie alle diejenigen, die mittels ferngesteuerter Instrumente diffizile Aufgaben erledigen müssen – etwa Chirurgen bei minimalinvasiven Operationen.

Bei Versuchen im virtuellen Raum bescheren die Forscher ihren Probanden außerkörperliche Erfahrungen.

Versuchspersonen außer sich

Spektakulärer ist freilich eine andere Weiterentwicklung der Gummihand-Illusion: die Übertragung auf den Körper als Ganzes. Die Gruppen von Blanke und Ehrsson haben seit 2007 mehrfach für Aufsehen gesorgt, indem sie bei gesunden Probanden den Eindruck hervorriefen, sich außerhalb ihres eigenen oder gar in einem fremden Körper zu befinden.

Zentrales Utensil für einige dieser Versuche ist eine 3D-Videobrille. Sie zeigt beispielsweise den Probanden von hinten – er sieht also ein virtuelles Bild seiner selbst zwei Meter vor sich stehen. Fühlt er nun eine Berührung am Rücken und sieht sie gleichzeitig an dem virtuellen Körper vor sich, kommt dies einer außerkörperlichen Erfahrung sehr nahe. In einer anderen Versuchsanordnung schaut der Proband an sich hinunter, sieht über die Videobrille aber Bauch und Beine einer unbekleideten Schaufensterpuppe aus deren Ich-Perspektive. Berührt der Experimentator Puppe und Proband synchron mittels zweier Stäbe an Brust und Bauch, entsteht wiederum eine Illusion: Die Versuchspersonen meinen zu spüren, wie der Stab die Puppe berührt. Die Schaufensterpuppe erscheint ihnen, jedenfalls zu einem gewissen Grad, als ihr eigener Körper. Die Forscher sprechen von einer “propriozeptiven Drift”.

Vollends kurios ist eine dritte Variante: Proband und Experimentator stehen sich gegenüber, reichen sich die Hand – und der Proband sieht in seinem Display alles aus der Perspektive des Experimentators, der eine 3D-Kamera auf seinen Kopf geschnallt hat. Wieder erscheint der fremde als der eigene Arm, man steht sich selbst gegenüber – die Versuchspersonen machten spontan Äußerungen wie: “Ich hatte den Eindruck, dass mein eigener Körper jemand anderer war”, oder: “Ich habe mir selbst die Hand geschüttelt!”

Sinne und Wissen im Widerstreit

In diesen und weiteren Versuchen wurde zunehmend deutlich, welche Voraussetzungen für die Körpertausch-Illusion gelten. Zentral scheint zu sein, mittels einer 3D-Videobrille in die Ich-Perspektive desjenigen einzutauchen, in dessen Körper man versetzt wird. Unter dieser Voraussetzung verarbeitet das Gehirn die verschiedenen räumlichen und propriozeptiven Sinnesinformationen zu einer Ich-Perspektive.

Bei den Berührungen ist zweitrangig, wo sie erfolgen. Selbst wenn nur die Hand stimuliert wird, fühlt man sich in den kompletten Körper hineinversetzt. Wenn die zuständigen Bereiche im prämotorischen Cortex und im hinteren Parietallappen die Sinnesinformationen verrechnen, erfolgt das also für den Körper als Ganzes und nicht separat für einzelne Körperteile, folgern die Forscher. Die Illusion kann sogar ganz ohne Berührungen entstehen, vor allem wenn die Perspektive nicht fixiert ist, sondern man den Kopf in der virtuellen Realität frei bewegen kann. Finden jedoch Berührungen statt, muss dies für Auge und Tastsinn synchron erfolgen. Andernfalls wird die Illusion zerstört.

Die Grenze zwischen den Geschlechtern ist mittels der beschriebenen Methoden problemlos zu überwinden: Die getesteten Männer ließen sich in Frauenkörper ebenso hineinversetzen wie in Schaufensterpuppen. Auch ob die Austauschkörper real oder virtuell erzeugt waren, spielte keine Rolle. Dagegen scheint der Versuch, das Bewusstsein eines Menschen in eine Kiste oder einen Tisch hineinzutransferieren, grundsätzlich zum Scheitern verurteilt zu sein – ebenso übrigens wie der Versuch, bei der Gummihand-Illusion die linke Hand durch eine Fußattrappe oder eine rechte Gummihand zu ersetzen.

Olaf Blanke und seine Forscherkollegen aus Barcelona ziehen in einer 2010 erschienenen Arbeit die Schlussfolgerung: So machtvoll die Mechanismen auch sind, welche allem Wissen um die Illusion zum Trotz unser Körperbild auf Basis aktueller Sinneseindrücke zu modifizieren vermögen, so bewegen wir uns doch immer in einem Rahmen, der durch unser Vorwissen über die Beschaffenheit unseres Körpers entstanden ist. Der jedoch scheint weit genug zu sein, um für neue spannende Experimente und Anwendungen viel Raum zu lassen – ebenso wie für weitere skurrile Drehbuchschreiber-Fantasien.

Wie wirklich ist die Wirklichkeit

Was wir wahrnehmen, erscheint uns als Wirklichkeit. Tatsächlich ist unser Bild der Welt subjektiv, lückenhaft, trügerisch und zerbrechlich. Zaubertricks, Sinnestäuschungen und so erstaunliche Phänomene wie Synästhesie machen das deutlich.

Wissenschaftliche Beratung: Prof. Dr. Uwe Ilg

Das Wichtigste in Kürze

• Wahrnehmung ist die Aufnahme, Auswahl, Verarbeitung und Interpretation von Sinnesinformationen. Am Ende des Prozesses steht kein realistisches Abbild der Wirklichkeit, sondern ein subjektiv sinnvoller Gesamteindruck.
• Die Aufmerksamkeit ist das Tor zur bewussten Wahrnehmung. Wird sie in die falsche Richtung gelenkt, entgehen uns auch Dinge, die direkt vor den Augen passieren. Zauberer wissen und nutzen das.
• Sinnestäuschungen, Menschen, die Töne sehen oder schmecken und so bizarre Krankheitsbilder wie der Neglect zeigen, wie subjektiv, zerbrechlich und trügerisch Wahrnehmung ist – und helfen Hirnforschern, die dahinterstehenden Prozesse zu entschlüsseln.

Es ist im wahrsten Sinne des Wortes ein alter Hut – und nichtsdestotrotz immer wieder aufs Neue verblüffend. Man hat doch genau gesehen, dass der Zylinder eben noch leer war. Jetzt lugt da plötzlich ein Kaninchen putzmunter über die Krempe. Und – Simsalabim – schaut noch ein zweites hervor. Wie hat der Zauberer die da nur hineinbekommen? Es muss direkt vor unseren Augen passiert sein. Und vor denen von mindestens hundert anderen Zuschauern. Aber keiner hat etwas bemerkt. Also doch Zauberei? Nein. Magier wissen nur sehr genau um die Schwächen und Eigenheiten der menschlichen Wahrnehmung, und nutzen diese geschickt aus, um ihr Publikum zu täuschen.

Ihr wichtigstes Instrument ist dabei die Aufmerksamkeit. Denn wir nehmen vor allem die Dinge bewusst wahr, auf die sich unsere Aufmerksamkeit richtet. Wie ein Scheinwerfer erhellt sie manches in unserer Umwelt und folgt dort den Ereignissen. Doch dabei kann auch einiges im Dunkeln bleiben. In diesem Dunkel agieren Zauberer. Sie lenken die Aufmerksamkeit gezielt in eine bestimmte Richtung – die falsche – mit der Folge, dass uns an anderer Stelle das – eigentlich wichtige– Geschehen entgeht.

Wahrnehmung ist nicht gleich Wirklichkeit

Die Neurowissenschaften haben inzwischen erkannt, wie wertvoll die Tricks und Methoden von Zauberern sind, um Wahrnehmungsprozesse und die dahinterstehenden neuronalen Mechanismen besser zu verstehen. Denn fest steht: Zauberer täuschen nicht die Augen, sie täuschen das Gehirn.

Erst dort wird aus dem Input der Sinnesorgane eine Wahrnehmung. Doch was nehmen wir überhaupt wahr? In jedem Fall kein Eins-zu-eins-Abbild der Realität. Denn die gesamte Flut an Informationen, die permanent über das ganze Sinnessystem einströmt, zu verarbeiten, würde die Kapazitäten des Gehirns bei Weitem überfordern. Um den Überblick zu behalten, muss das Gehirn deshalb eine Auswahl treffen, das Wichtige vom Unwichtigen trennen. Genau das macht die Aufmerksamkeit.

Wahrnehmung beinhaltet also nicht nur die Aufnahme, sondern auch die Selektion, Verarbeitung und Interpretation von sensorischen Informationen. Allerdings sind die Daten der verschiedenen Sinnessysteme nicht selten widersprüchlich oder unvollständig. Wie solche multisensorischen Sinnesinformationen integriert und verarbeitet werden, erforschte Marc Ernst am Institut für kognitive Neurowissenschaften in Bielefeld (heute Professor in der Abteilung Angewandte Kognitionspsychologie der Universität Ulm). In seinen Virtual-Reality-Experimenten versucht er, die Wahrnehmung gezielt hinters Licht zu führen, indem er Konflikte zwischen den Sinnessystemen schafft. Quintessenz der Versuche: Das Gehirn erliegt bestimmten Täuschungen, weil es unzureichende, mehrdeutige sensorische Daten unter Rückgriff auf Vorwissen und Erfahrungswerte zum plausibelsten Gesamtbild ergänzt.

Zauberer schaffen es, gezielt die Aufmerksamkeit des Publikums abzulenken – und können so zum Beispiel ein Kaninchen aus einem Zylinder ziehen. © Mike Kemp/ Rubberball/ Getty Images

Mit eigenen Augen

Eine schlüssige, anschauliche Repräsentation der Umwelt und des eigenen Körpers zu schaffen – dies steht am Ende des Wahrnehmungsprozesses. Er ermöglicht es dem Menschen, sich in einer höchst komplexen Umgebung zurechtzufinden, sinnvoll zu handeln, ein mentales Modell der Welt aufzubauen und planerisch zu denken. Um ein realistisches Abbild der Wirklichkeit handelt es sich dabei nicht. Weil das, wie gesagt, die Kapazitäten des Gehirns überfordern würde, und weil es das auch gar nicht braucht. Entscheidend ist, dass die Informationsschnipsel von den Sinnessystemen zu einem subjektiv sinnvollen Gesamteindruck zusammengeführt werden.

Warum subjektiv? Weil das, was wir bewusst wahrnehmen, Ergebnis eines größtenteils unbewusst ablaufenden Verarbeitungsprozesses ist, in den neben Sinnesdaten auch Emotionen, Erinnerungen, persönliche Erfahrungen und bereits gespeicherte Vorstellungen einfließen. Also Aspekte, die individuell unterschiedlich sind. Die Binsenweisheit, dass jeder Mensch die Welt mit eigenen Augen sieht, trifft also zu. Noch richtiger wäre zu sagen: Jeder Mensch nimmt seine eigene Welt wahr.

Wenn die Hälfte der Welt verschwindet

Wie schnell diese Welt eine ganz andere werden kann, macht das Phänomen des Neglect deutlich. Es tritt bei rund einem Viertel aller Patienten mit Schlaganfällen in der rechten Hirnhälfte auf und führt dazu, dass die Betroffenen die linke Seite ihres Körpers und ihres Wahrnehmungsraumes ignorieren. Untersuchungen mit bildgebenden Verfahren könnten nachweisen, dass Sinnesreize auf der vernachlässigten Körperseite vom Gehirn zwar noch registriert werden, zumindest auf der Stufe der primären sensorischen Verarbeitungszentren. Doch der Input gelangt nicht mehr ins Bewusstsein der Betroffenen. Die Hirnforschung ist sich inzwischen weitgehend einig, dass es sich beim Neglect um eine Störung der Aufmerksamkeit handelt, die glücklicherweise in den meisten Fällen nur vorübergehend ist.

Aber wie wird die Ausrichtung der Aufmerksamkeit vom Gehirn gesteuert? Welche Hirnregionen sind an Wahrnehmungsprozessen überhaupt beteiligt? Und welche Aufgaben haben sie dabei? Nicht nur Neglect-Patienten helfen der Hirnforschung, diese Fragen zu beantworten. Sondern auch vergnüglichere Beispiele dafür, wie trügerisch unsere Wahrnehmung sein kann: Die optischen Illusionen.

Wahrnehmungsforscher David Eagleman bezeichnet sie als “Fenster in die Welt des Sehens”. Ein Fenster, durch das inzwischen viele Neurowissenschaftler schauen, um herauszufinden, wie die visuelle Wahrnehmung funktioniert.

Zauberer schaffen es, gezielt die Aufmerksamkeit des Publikums abzulenken – und können so zum Beispiel ein Kaninchen aus einem Zylinder ziehen.

Mit eigenen Augen

Eine schlüssige, anschauliche Repräsentation der Umwelt und des eigenen Körpers zu schaffen – dies steht am Ende des Wahrnehmungsprozesses. Er ermöglicht es dem Menschen, sich in einer höchst komplexen Umgebung zurechtzufinden, sinnvoll zu handeln, ein mentales Modell der Welt aufzubauen und planerisch zu denken. Um ein realistisches Abbild der Wirklichkeit handelt es sich dabei nicht. Weil das, wie gesagt, die Kapazitäten des Gehirns überfordern würde, und weil es das auch gar nicht braucht. Entscheidend ist, dass die Informationsschnipsel von den Sinnessystemen zu einem subjektiv sinnvollen Gesamteindruck zusammengeführt werden.

Warum subjektiv? Weil das, was wir bewusst wahrnehmen, Ergebnis eines größtenteils unbewusst ablaufenden Verarbeitungsprozesses ist, in den neben Sinnesdaten auch Emotionen, Erinnerungen, persönliche Erfahrungen und bereits gespeicherte Vorstellungen einfließen. Also Aspekte, die individuell unterschiedlich sind. Die Binsenweisheit, dass jeder Mensch die Welt mit eigenen Augen sieht, trifft also zu. Noch richtiger wäre zu sagen: Jeder Mensch nimmt seine eigene Welt wahr.

Wenn die Hälfte der Welt verschwindet

Wie schnell diese Welt eine ganz andere werden kann, macht das Phänomen des Neglect deutlich. Es tritt bei rund einem Viertel aller Patienten mit Schlaganfällen in der rechten Hirnhälfte auf und führt dazu, dass die Betroffenen die linke Seite ihres Körpers und ihres Wahrnehmungsraumes ignorieren. Untersuchungen mit bildgebenden Verfahren könnten nachweisen, dass Sinnesreize auf der vernachlässigten Körperseite vom Gehirn zwar noch registriert werden, zumindest auf der Stufe der primären sensorischen Verarbeitungszentren. Doch der Input gelangt nicht mehr ins Bewusstsein der Betroffenen. Die Hirnforschung ist sich inzwischen weitgehend einig, dass es sich beim Neglect um eine Störung der Aufmerksamkeit handelt, die glücklicherweise in den meisten Fällen nur vorübergehend ist.

Aber wie wird die Ausrichtung der Aufmerksamkeit vom Gehirn gesteuert? Welche Hirnregionen sind an Wahrnehmungsprozessen überhaupt beteiligt? Und welche Aufgaben haben sie dabei? Nicht nur Neglect-Patienten helfen der Hirnforschung, diese Fragen zu beantworten. Sondern auch vergnüglichere Beispiele dafür, wie trügerisch unsere Wahrnehmung sein kann: Die optischen Illusionen.

Wahrnehmungsforscher David Eagleman bezeichnet sie als “Fenster in die Welt des Sehens”. Ein Fenster, durch das inzwischen viele Neurowissenschaftler schauen, um herauszufinden, wie die visuelle Wahrnehmung funktioniert.

Süße Säure und Musik, die schmeckt

Doch nicht nur das wichtigste Sinnessystem des Menschen, der Sehsinn, ist anfällig für Täuschungen. Auch die Geschmackswahrnehmung kann in die Irre geführt werden. So lässt die afrikanische Wunderbeere Saures süß schmecken. Noch interessanter – vor allem für die Pharmaindustrie – sind sogenannte Bitterblocker. Mit diesen molekularen Geschmacksverdrehern soll die starke Bitterkeit mancher Medikamente nicht mehr wahrnehmbar gemacht werden. Für die Wissenschaft sind solche Substanzen allerdings in erster Linie Werkzeuge, um die Geheimnisse des Geschmacksinns zu entschlüsseln.

Eine außergewöhnlich reiche Wahrnehmungswelt hat Uta Jürgens, Psychologin und Doktorandin am MPI für Hirnforschung in Frankfurt (heute: Eidgenössische Forschungsanstalt WSL). Liest sie ein Buch oder eine Zeitung, sieht sie die Buchstaben nicht so wie sie sind – schwarz auf weiß – sondern in bestimmten Farben. Und genauso gibt es Personen, die, wenn sie Musik hören, die Töne sehen oder sogar schmecken. Synästhesie heißt dieses Phänomen, bei dem zwei oder sogar drei Sinnesempfindungen miteinander gekoppelt sind. Manche Experten schätzen, dass bis zu vier Prozent aller Menschen Synästhetiker sein könnten. Was in ihrem Gehirn anders läuft, wird von Neurowissenschaftlern seit einigen Jahren intensiv untersucht. Noch sind die Erklärungsmodelle hypothetisch. Doch fest steht: Genau wie Neglect-Patienten, visuelle Illusionen und die Tricks von Zauberkünstlern helfen auch Synästhetiker der Forschung, die menschliche Wahrnehmung besser zu verstehen.

Wahrnehmung ist ein komplexer Prozess: Verschiedene Sinnesorgane liefern Daten, erst im Kopf entsteht ein einheitliches Bild. Wie das Gehirn das Puzzle zusammensetzt, untersucht ein Bielefelder Forscher – mittels Illusionen und gezielter Verwirrung.

Wissenschaftliche Beratung: Prof. Dr. Frank Bremmer, Prof. Dr. Markus Lappe

Das Wichtigste in Kürze

• Auf Grundlage verschiedener Sinnesinformationen, die von Signalrauschen betroffen, oft unvollständig und mitunter sogar widersprüchlich sind, erzeugt das Gehirn ein klares, einheitliches Bild unserer Umwelt.
• Wie die Versuche von Marc Ernst und Kollegen zeigen, verrechnet das Gehirn die verfügbaren Informationen dabei auf mathematisch-statistisch optimale Weise.
• Reichen die aktuellen Sinnesdaten nicht aus, kommen Vorannahmen zum Tragen, die auf der Statistik unserer Umwelt beruhen. Verändert sich die Umwelt, kann das Gehirn flexibel umlernen.

Wenn Marc Ernst etwas über seinen Forschungsgegenstand erfahren will, dann foppt er ihn. Und mit diesem auch die Probanden und Besucher, die ihn in seinem Labor (früher an der Universität Bielefeld, heute in Ulm) besuchen. Er verwirrt ihren Sehsinn, narrt ihr Tastempfinden oder programmiert ihre intuitiven Welt-Erfahrungen um. Und das alles für die Forschung. Denn das Thema des Professors für kognitive Neurowissenschaften ist die Wahrnehmung: Wie spielen die verschiedenen Sinne zusammen? Wie kombiniert das Gehirn etwa Gesehenes, Gehörtes und Rückmeldungen des Körpers zu einem einheitlichen Bild von dem, was um uns herum vorgeht?

“Wie alle technischen Sensoren sind auch unsere Sensoren nicht perfekt, sodass die Sinneseindrücke verrauscht und unter Umständen mehrdeutig sind”, sagt Ernst, ein jugendlich wirkender Mann mit dunklem Wuschelkopf. Das müsste eigentlich zu Problemen führen. Dennoch entsteht in aller Regel ein einheitliches Bild in unserem Kopf. Um herauszufinden, wie dem Gehirn das trotz der mitunter schlechten Datenlage gelingt, täuscht Marc Ernst in seinem Labor gezielt einzelne Sinne. “Konflikte zwischen den Sinneskanälen einbauen”, nennt er es selbst.

Virtuelle Bauklötzchen

Das ist selbst in einfacheren Fällen wie dem Zusammenspiel von Auge und Tastsinn mit viel technischem Aufwand verbunden. Ernst führt den Besucher zu einem Gerät, das entfernt an Untersuchungsaufbauten beim Augenarzt erinnert: Man legt sein Kinn auf ein Gestell und schaut durch eine Brille. Zusätzlich braucht man Daumen und Zeigefinger, die man in beweglich aufgehängte Fingerhüte steckt.

Nun beginnt der Versuch. Auf einem Bildschirm erscheint ein Balken. Dort, wo man seine Fingerspitzen vermutet, sieht man gleichzeitig zwei Punkte. Nun wird zugegriffen: Einen Moment lang kann man den Balken fühlen, dann löst er sich in Luft auf. Das Ganze wiederholt sich mit einem zweiten Balken. Schließlich wird gefragt, welcher von beiden der dickere war. Der Trick bei der Sache: In der virtuellen Realität des Versuchs gelten die Gesetze der realen Welt nicht. Die gesehene und die gefühlte Dicke des Balkens können verschieden sein: Das eine ist eine dreidimensionale Computergrafik, das andere ein mechanischer Widerstand, vermittelt über filigrane Roboterärmchen, an denen die Fingerhüte befestigt sind.

Ernst kann also beides unabhängig voneinander programmieren und so untersuchen, welchen Anteil an der Größeneinschätzung das Sehen und welchen das Fühlen hat. Zudem kann er über die Bildauflösung die Qualität des optischen Signals regulieren. Denn schon länger bekannt war: Sieht man normal, dominiert das Auge die Wahrnehmung, Experten sprechen von “visual capture”. Ernsts Versuch zeigte jedoch: Es liegt nicht am Sehen an sich, sondern an der Qualität der Eindrücke. Unter normalen Umständen liefert das Auge schlicht die zuverlässigere Information. Je ungenauer der Proband dagegen sieht, desto größer wird der Einfluss des Tastsinns.

Wie bewegen sich Menschen, wenn sie sich in einer Umgebung ohne Orientierungspunkte befinden? Dieser Frage ging Marc Ernst im Max-Planck-Institut für biologische Kybernetik mithilfe eines speziellen Laufbands nach.

Das Gehirn als “Black Box”

Das Gehirn nimmt alle Informationen und rechnet sie zusammen. Es wirft nicht eine Information weg, bloß weil sie schlechter erscheint – vielmehr wird diese Information entsprechend schwächer gewichtet. Diese “Verrechnung” im Gehirn kann man in mathematische Formeln fassen, die für Fachleute alte Bekannte sind: “Das Gehirn tut genau das, was auch ein Ingenieur machen sollte, wenn er verschiedene Messinformationen vom selben Objekt hat. Es nutzt die Informationen statistisch optimal.

Wie das neurobiologisch vonstattengehen könnte, diese Frage überlässt Ernst anderen. Ihn selbst interessiert nicht der Prozess der Verarbeitung oder seine neuronale Grundlage, sondern nur das Ergebnis. “Black Box Analysis” nennt er diese Herangehensweise: Wie es im Kasten aussieht, welche Schaltkreise von Nervenzellen diese Berechnung ermöglichen, ist egal – von Interesse ist nur, wie der Kasten auf bestimmten Input reagiert. “Unser Gehirn gaukelt uns eine Eins-zu-eins-Abbildung der Umwelt nur vor”.

Zusammen mit Kollegen konnte Ernst nachweisen, dass die These von der statistisch optimalen Verrechnung bei der Wahrnehmung in ganz verschiedenen Kontexten gilt. Etwa bei dem Versuch, Menschen ohne Orientierungspunkte und Hilfsmittel geradeaus laufen zu lassen. Ernst probierte das in der Wüste, konstruierte dann aber – in Tübingen, wo er früher forschte – ein quasi unendlich großes Lauflabor, um die Bedingungen besser kontrollieren zu können: Der Proband setzt eine Display-Brille auf und geht durch eine computergenerierte virtuelle Umgebung. Dabei steht er auf einem Laufband, das sich in alle Richtungen bewegen kann und ihn so immer wieder in die Mitte zurücktreibt – um zu verhindern, dass er irgendwann gegen die Laborwand läuft.

Bewegungs- Kalibration

“Die gängige Vorstellung ist ja, dass man Kreise läuft, weil das stärkere Bein längere Schritte macht”, sagt Ernst. “Aber das ist falsch.” Körperwahrnehmung und Gleichgewichtssinn arbeiten ungenau, was normalerweise kein Problem ist, wenn das Auge Orientierungspunkte hat und die Fehler so ausgleichen kann. Fällt diese Korrektur weg, schaukeln sich die statistisch zufälligen Ungenauigkeiten aber auf. In der Folge läuft man unregelmäßige Kreise, durchschnittlich etwa 30 Meter groß – mal in die eine, mal in die andere Richtung.

Wie Auge und Bewegung zusammenhängen, kann Ernst aber auch mit einer Dartscheibe demonstrieren. Der Besucher muss eine Prismenbrille aufsetzen, die das Gesichtsfeld nach links verrückt. Daraufhin landen alle Pfeile weit links von der Scheibe. Nach zehn oder zwanzig Versuchen gewöhnt sich das Gehirn aber an die neuen Umstände. “Es rekalibriert”. Allmählich trifft man wieder so gut wie sonst – bis man die Brille wieder absetzt und eine neue Rekalibration nötig wird. Dieser Vorgang erfolgt auf eine Weise, wie es ein Ingenieur nicht besser entwerfen könnte. Denn eine zu schnelle Umstellung wäre nicht sinnvoll: Erst nach einer gewissen Zahl von Pfeilen, die alle weit links des Ziels gelandet sind, ist ja hinreichend sicher, dass ein systematischer und kein zufälliger Fehler vorliegt.

Dieses Bild zeigt einen Meteor-Krater in Arizona. Dass es sich um eine Mulde und nicht um einen Hügel handelt, schließen wir aus dem von oben einfallenden Licht. Dreht man das Bild um, wird die Zuordnung etwas schwieriger.

Anpassung an die Statistik der Umwelt

Nicht immer reichen jedoch die aktuellen Sinnesinformationen für eine schlüssige Interpretation aus. Dann kommt Vorwissen ins Spiel. Beeindruckend zeigt sich das in einem Selbstversuch: Wenn sich eine Hohlmaske, etwa eine von Charlie Chaplin, in einem Video langsam dreht, scheint man sowohl von vorn als auch von hinten ein normales Gesicht zu sehen, mit der Nase als dem Punkt, der dem Betrachter am nächsten ist. Der räumliche Eindruck entsteht hier durch die Schattierungen, und die sind zweideutig. Unser Gehirn muss also eine Vorannahme machen. Und da wirkt sich aus, dass wir sehr viel Erfahrung mit Gesichtern haben und wenig mit Hohlgesichtern.”

Neben aktuellen Sinneseindrücken fließt also in die Wahrnehmung ganz unbewusst auch Erfahrung ein. Die Statistik der Umwelt. Wir erwarten das, was wir kennen, und diese Erwartung beeinflusst die Wahrnehmung. Aber ein Umlernen ist möglich. So sind wir durch die Sonne gewohnt, dass Licht von oben kommt, und interpretieren auch Fotos entsprechend. Man schafft es  jedoch, den Probanden diese Sehgewohnheit vorübergehend abzutrainieren. Ebenso sind wir rechte Winkel gewohnt: Entsteht auf unserer Netzhaut etwa ein schiefwinkliges Bild eines Fensters, interpretieren wir das perspektivisch, als schräge Blickrichtung aufs Fenster.

Daraus kann man quasi nebenbei einen philosophischen Schluss ziehen. Wenn Wahrnehmung von individuellen Vorerfahrungen abhängt, bedeute das schließlich: “Die Wahrnehmung jedes Menschen wird unterschiedlich sein.”

Korrelation und Kausalität

In Zukunft will Marc Ernst sich noch mehr auf den Faktor Zeit konzentrieren, um sich von seinen bisher sehr statischen Modellen mehr in Richtung des normalen Lebens zu bewegen: “Die Welt ist schließlich dynamisch.” In seiner aktuellsten Studie geht es deshalb um das Thema Gleichzeitigkeit. “Wie entscheidet das Gehirn, ob etwa ein Lichtblitz und ein Knall auf dasselbe Ereignis zurückgehen?”, beschreibt Ernst die Frage. Auch hier geht es ganz klar um die Integration verschiedener Sinneskanäle. Und die Antwort sei gar nicht so einfach, wie man zunächst denke: Angesichts unterschiedlicher Signallaufzeiten – Licht ist schneller als Schall – und unterschiedlicher Verarbeitungszeiten von Seh- und Hörsinn lasse sich nämlich nicht ohne Weiteres feststellen, ob Blitz und Knall gleichzeitig stattfanden.

Wenn möglich, das konnten Ernst und Kollegen Ende 2011 zeigen, behilft sich das Gehirn mit Korrelationen in der zeitlichen Abfolge. Die Forscher sind überzeugt: Nach diesem Schema schaffen wir es beispielsweise auf lauten Partys, Personen und Stimmen einander zuzuordnen. Aber auch dieses Ergebnis bietet Stoff für philosophische Diskussionen. Es bedeutet nämlich, dass unser Gehirn bei der Wahrnehmung regelhaft das macht, wovor Logiker immer warnen: Aus der bloßen Korrelation, also einer statistischen Beziehung zweier Phänomene, auf deren ursächlichen Zusammenhang zu schließen.