Wie das Gehirn Raum und Zeit verarbeitet: Neue Erkenntnisse

TRIEST / MÜNCHEN (IT BOLTWISE) – Die Verarbeitung von Raum und Zeit im menschlichen Gehirn ist ein faszinierendes Thema, das Wissenschaftler seit langem beschäftigt. Eine neue Studie von Forschern der SISSA in Triest bietet nun tiefere Einblicke in die funktionale Hierarchie der kortikalen Verarbeitung dieser beiden fundamentalen Dimensionen unserer Erfahrung.

Die jüngste Forschung der SISSA zeigt, dass das Gehirn Raum und Zeit in einer hierarchischen Struktur verarbeitet, wobei verschiedene kortikale Regionen unterschiedliche Strategien anwenden. In den posterioren Bereichen, wie dem okzipitalen Kortex, sind Raum und Zeit eng miteinander verknüpft und werden von denselben Neuronen verarbeitet. Dies steht im Gegensatz zu den anterioren Regionen, wie dem frontalen Kortex, wo Raum und Zeit unabhängig voneinander verarbeitet werden und spezifische neuronale Populationen sogenannte ‘Zeitkarten’ für bestimmte Zeitdauern bilden.

In den intermediären Regionen, insbesondere im parietalen Kortex, zeigt sich eine gemischte Verarbeitungsweise, die eine Brücke zwischen räumlicher und zeitlicher Integration schlägt. Diese Studie bietet neue Einblicke in die Art und Weise, wie das Gehirn zwei grundlegende Dimensionen der menschlichen Erfahrung integriert und offenbart die einzigartigen Kodierungsstrategien in den verschiedenen kortikalen Regionen.

Die Forscher Valeria Centanino, Gianfranco Fortunato und Domenica Bueti von der kognitiven Neurowissenschaftsgruppe der SISSA untersuchten, wie das menschliche Gehirn Informationen über Dauer und räumliche Position verarbeitet und integriert. Sie führten Experimente durch, bei denen junge, gesunde Teilnehmer die Dauer eines visuellen Stimulus beurteilen sollten, der an verschiedenen Positionen auf einem Bildschirm für unterschiedliche Zeiträume präsentiert wurde.

Während dieser Aufgabe wurden die neuronalen Reaktionen mit hochauflösender funktioneller Magnetresonanztomographie (fMRT) aufgezeichnet. Die Ergebnisse zeigten, dass die Verbindung zwischen Raum und Zeit im menschlichen Gehirn nicht fest ist, sondern von den beteiligten Gehirnregionen abhängt. In den posterioren Teilen des Gehirns, insbesondere im okzipitalen visuellen Kortex, ist die Verbindung stark, da Raum und Zeit von denselben Neuronen verarbeitet werden.

In den anterioren Regionen, insbesondere in den frontalen prämotorischen Bereichen, die an der Bewegungsvorbereitung beteiligt sind, verschwindet diese Verbindung. Hier werden Raum und Zeit von unterschiedlichen neuronalen Populationen verarbeitet. Diese Populationen reagieren bevorzugt auf spezifische Zeitdauern, und Populationen, die ähnliche Dauern bevorzugen, sind auf der kortikalen Oberfläche benachbart und bilden sogenannte ‘Zeitkarten’.

Im parietalen Kortex, der eine intermediäre Position in dieser Hierarchie einnimmt, gibt es eine Koexistenz von Mechanismen zur Kodierung von Dauer, und Raum und Zeit werden entweder zusammen oder unabhängig voneinander verarbeitet. Diese Region ist bekannt für die Integration verschiedener Informationsquellen und ist funktional zwischen dem okzipitalen und dem frontalen prämotorischen Kortex angesiedelt.

Die Studie hebt die Existenz einer funktionalen Hierarchie in der Verarbeitung von Zeit im menschlichen Gehirn hervor. Die unterschiedlichen Reaktionsprofile auf die Dauer eines Stimulus und ihre spezifische Beziehung zur räumlichen Verarbeitung deuten darauf hin, dass verschiedene Gehirnareale unterschiedlich zur Verarbeitung und Wahrnehmung von Zeit beitragen.

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