Gehen verändert das Sehen

20.11.2019

Wenn ein Mensch herumläuft, verarbeitet er visuelle Eindrücke anders als in Ruhe: Das periphere Gesichtsfeld wird dann stärker ausgelesen. Das haben Würzburger Neurowissenschaftler herausgefunden.

Mit dieser technischen Ausrüstung erforscht Dr. Barbara Händel (l.), wie sich Bewegung auf die Verarbeitung visueller Reize auswirkt. (Bild: Robert Emmerich / Universität Würzburg)

Wie nimmt der Mensch seine Umwelt wahr? Was bewirken die Sinnesreize im peripheren Nervensystem, was im Gehirn? Dafür interessiert sich die Wissenschaft aus vielen Gründen. Langfristig könnten Erkenntnisse aus dieser Forschung dazu beitragen, Krankheiten wie ADHS oder Parkinson besser zu verstehen.

Die Wahrnehmung und die zu Grunde liegenden Nervenaktivitäten werden meistens bei sitzenden oder liegenden Versuchspersonen gemessen, zum Beispiel im Kernspintomographen. Der Kopf ist dabei in der Regel fixiert, und die Probanden sind angehalten, möglichst nicht zu blinzeln. Die Messungen laufen also unter gut kontrollierten, aber eher unnatürlichen Bedingungen ab.

Optische Präferenz verschiebt sich

Bei der Verarbeitung visueller Reize macht es aber einen Unterschied, ob der Mensch sitzt oder sich bewegt: Beim Umherlaufen wird der periphere Anteil des Gesichtsfeldes im Vergleich zum zentralen Anteil viel deutlicher ausgelesen als in Ruhe. Das lässt sich sowohl an der Wahrnehmung der Probanden als auch an deren Gehirnantwort nachweisen.

Diese Verschiebung der optischen Präferenz macht Sinn. „Es ist vor allem die periphere visuelle Information, die uns Aufschluss über die Richtung und Geschwindigkeit unserer Bewegung gibt und damit für unsere Navigation eine wichtige Rolle spielt“, sagt Dr. Barbara Händel. Die Neurowissenschaftlerin von der Julius-Maximilians-Universität (JMU) Würzburg hat die neuen Erkenntnisse mit ihrem Kollegen Dr. Liyu Cao im Fachmagazin PLOS Biology veröffentlicht.

„Von Tieren war bekannt, dass eine gesteigerte Körperbewegung zu einer erhöhten Feuerrate in visuellen Arealen des Gehirns führt“, sagt Dr. Händel. Für Menschen liegen bislang nur wenige Verhaltensexperimente vor, die den Einfluss von Bewegung auf sensorische Gehirnareale untersuchen. Manches deutet aber auf eine Verbindung zwischen kognitiven Prozessen und dem Bewegungszustand hin. „Es gibt zum Beispiel Hinweise darauf, dass Menschen in Bewegung besser lernen“, sagt die JMU-Forscherin. Die zu Grunde liegenden neuronalen Mechanismen seien aber bisher nicht detailliert getestet worden.

Mobiles EEG, Sensoren und Videobrillen

Genau solche Wissenslücken will Barbara Händel mit ihrer Arbeit schließen. Um die Kopplung von Bewegung und Wahrnehmung zu erforschen, ist ein ausgefeiltes technisches Equipment nötig. Während die Versuchspersonen umherlaufen, tragen sie Elektrodenkappen, die ihre Gehirnströme erfassen. Die EEG-Daten gehen drahtlos an einen Laptop, den die Probanden in einem Rucksack mit sich führen. Bewegungssensoren, Videobrillen und mobile Geräte zur Aufzeichnung der Augenbewegungen vervollständigen das Setting.

Ein ziemlicher Aufwand. „Aber wir müssen diesen Schritt gehen, wenn wir die Wahrnehmungsstrategien des Menschen während seines natürlichen Verhaltens verstehen wollen“, sagt Dr. Händel. Noch sei die Erforschung der Wahrnehmung bei Menschen in Bewegung ganz am Anfang. Es sei nun Sache der Wissenschaft, schlaue Fragen zu stellen und herauszufinden, welche davon sich mit der mobilen technischen Ausrüstung beantworten lassen.

Viele spannende Forschungsfragen offen

Als nächstes will die JMU-Wissenschaftlerin den Effekt der veränderten Wahrnehmung weiter untersuchen. Tritt er nur bei visuellem Input auf oder möglicherweise auch in anderen sensorischen Bereichen? Spielt er, neben der Navigation, vielleicht auch bei anderen kognitiven Fähigkeiten wie Gedächtnisleistung und Kreativität eine Rolle?

Das alles ist gut möglich: Aus Experimenten mit Ratten ist bekannt, dass die Tiere besser lernen, wenn sie in Bewegung sind. Und die Vorstellung, dass Gehen die Kreativität steigert, gibt es schon seit der Antike. „Die Peripatetiker, eine philosophische Schule um Aristoteles, diskutierten zum Beispiel meist im Gehen, wovon sich auch ihr Name ableitet“, sagt Barbara Händel.

Eine Verbindung gibt es auch zwischen Kreativität und Augenbewegungen: „Man weiß, dass Menschen öfter blinzeln, je kreativer sie eine Aufgabe lösen. Und wir haben herausgefunden, dass Menschen beim Umherlaufen ebenfalls häufiger blinzeln als in Ruhe.“ Offenbar gibt es also zwischen den Bewegungen des Körpers, der Augen und der geistigen Leistungsfähigkeit vielerlei Verknüpfungen. Deren Erforschung könnte noch viele interessante Aspekte zu Tage fördern.

Förderer des Projekts

Die Arbeiten von Barbara Händel werden aus einem Starting Grant des Europäischen Forschungsrates (ERC) gefördert. Diese mit 1,5 Millionen Euro dotierte Auszeichnung vergibt der ERC an exzellente Nachwuchswissenschaftler.

Ihre Forschungen führt die Neurowissenschaftlerin an der JMU am Psychologie-Lehrstuhl von Professor Wilfried Kunde durch. Dessen Team erforscht unter anderem Wahrnehmungsvorgänge in Relation zu Einzelbewegungen beim Menschen. Für die Experimente mit insgesamt 30 Versuchspersonen stellte das JMU-Sportzentrum eine der Sporthallen zur Verfügung. „Die unbürokratische Unterstützung und problemlose Zusammenarbeit war bei diesem Projekt ein echtes Highlight“, sagt die Forscherin.

Publikation

Walking enhances peripheral visual processing in humans. Liyu Cao, Barbara Händel. 11. Oktober 2019, PLOS Biology, https://doi.org/10.1371/journal.pbio.3000511