Neue Erkenntnisse deuten darauf hin, wie das Gehirn Bilder robust identifiziert

MADRID, 24. Mai. (EUROPA PRESS) –

Obwohl das menschliche visuelle System über hochentwickelte Mechanismen zur Farbverarbeitung verfügt, hat das Gehirn kein Problem damit, Objekte in Schwarzweißbildern zu erkennen. Eine neue Studie des Massachusetts Institute of Technology (MIT) in den USA, veröffentlicht in „Science“, bietet eine mögliche Erklärung dafür, wie das Gehirn so geschickt darin wird, sowohl Farben als auch Bilder mit Farbverläufen zu identifizieren.

Anhand experimenteller Daten und Rechenmodelle fanden die Forscher Hinweise darauf, dass die Wurzeln dieser Fähigkeit in der Entwicklung liegen könnten. In einem frühen Alter, wenn Neugeborene nur sehr begrenzte Farbinformationen erhalten, muss das Gehirn lernen, Objekte anhand ihrer Leuchtdichte oder Intensität des von ihnen emittierten Lichts und nicht anhand ihrer Farbe zu unterscheiden. Später im Leben, wenn die Netzhaut und der Kortex besser für die Verarbeitung von Farben gerüstet sind, verarbeitet das Gehirn auch Farbinformationen, behält aber auch seine zuvor erworbene Fähigkeit bei, Bilder zu erkennen, ohne sich kritisch auf Farbreize verlassen zu müssen.

Die Ergebnisse stehen im Einklang mit früheren Arbeiten, die zeigen, dass anfänglich beeinträchtigte visuelle und auditive Informationen tatsächlich für die frühe Entwicklung von Wahrnehmungssystemen von Vorteil sein können.

„Diese allgemeine Vorstellung, dass die anfänglichen Einschränkungen unseres Wahrnehmungssystems etwas Wichtiges haben, geht über das Farbsehen und die Sehschärfe hinaus. Einige der Arbeiten, die unser Labor im Zusammenhang mit dem Hören durchgeführt hat, legen auch nahe, dass es wichtig ist, Grenzen zu setzen.“ „Die Fülle an Informationen, denen das neonatale System zunächst ausgesetzt ist“, sagt Pawan Sinha, Professor für Gehirn- und Kognitionswissenschaften am MIT und Hauptautor der Studie.

Die Ergebnisse helfen auch zu erklären, warum Kinder, die blind geboren werden, aber später im Leben durch die Entfernung eines angeborenen Katarakts ihr Sehvermögen wiedererlangen, viel größere Schwierigkeiten haben, schwarz-weiß dargestellte Objekte zu identifizieren. Kinder, die reichhaltige Farbinformationen erhalten, sobald sie wieder sehend sind, können eine übermäßige Farbabhängigkeit entwickeln, die sie deutlich weniger resistent gegenüber Veränderungen oder dem Entfernen von Farbinformationen macht.

Durch die Analyse der internen Organisation der Modelle stellten die Forscher fest, dass diejenigen, die mit Graustufeneingaben beginnen, lernen, sich bei der Identifizierung von Objekten auf die Luminanz zu verlassen. Sobald sie Informationen über Farben erhalten, ändern sie ihre Herangehensweise nicht mehr wesentlich, da sie bereits eine Strategie gelernt haben, die gut funktioniert. Modelle, die mit Farbbildern begannen, änderten ihren Fokus, als Graustufenbilder eingeführt wurden, konnten sich aber nicht ausreichend verändern, um sie genauso genau zu machen wie Modelle, die zuerst Graustufenbilder erhielten.

Ein ähnliches Phänomen kann im menschlichen Gehirn auftreten, das schon früh im Leben plastischer ist und leicht lernen kann, Objekte allein anhand ihrer Leuchtdichte zu identifizieren. In jungen Jahren kann der Mangel an Farbinformationen für das sich entwickelnde Gehirn von Vorteil sein, da es lernt, Objekte anhand spärlicher Informationen zu identifizieren. „Als Neugeborenes ist dem Kind mit normalem Sehvermögen gewissermaßen das Farbsehen vorenthalten. Und das erweist sich als Vorteil“, sagen die Forscher.

Forscher in Sinhas Labor haben festgestellt, dass Einschränkungen der frühen sensorischen Informationen auch anderen Aspekten des Sehvermögens sowie dem Hörsystem zugute kommen können. Im Jahr 2022 zeigten sie mithilfe von Computermodellen, dass die frühzeitige Exposition nur gegenüber niederfrequenten Geräuschen, ähnlich denen, die Babys im Mutterleib hören, die Leistung bei Höraufgaben verbessert, die eine Analyse von Geräuschen über einen längeren Zeitraum erfordern, wie etwa das Erkennen von Emotionen. Sie planen nun zu untersuchen, ob sich dieses Phänomen auf andere Aspekte der Entwicklung erstreckt, beispielsweise auf den Spracherwerb.