Object dimensions underlying food representations in visual cortex

Das menschliche Gehirn ist ein Meister der Kategorisierung und sortiert ständig den endlosen Strom visueller Informationen, die es empfängt, in nützliche Gruppen. Wenn wir die Welt betrachten, sehen unsere Augen nicht nur Formen und Farben; sie erkennen sofort Objekte wie Stühle, Werkzeuge und Lebensmittel. Wissenschaftler wissen seit langem, dass spezifische Regionen im hinteren Teil des Gehirns, eingebettet in die Windungen des visuellen Cortex, der Erkennung dieser Kategorien gewidmet sind. Jüngste Entdeckungen haben zwei unterschiedliche Bereiche innerhalb dieser visuellen Verarbeitungszone identifiziert, die spezifisch aufleuchten, wenn eine Person Lebensmittel sieht. Diese Regionen, die sich an der Seite und am Boden des visuellen Verarbeitungsbereichs befinden, sind so spezialisiert, dass sie stärker auf Bilder von Mahlzeiten reagieren als auf fast irgendetwas anderes. Dennoch blieb ein Rätsel: Wonach genau suchen diese Hirnareale? Erkennen sie Lebensmittel aufgrund ihrer spezifischen Form, ihrer Textur oder vielleicht der Art und Weise, wie sie in einer Gruppe erscheinen? Oder reagieren sie auf etwas Tieferes, wie die Art und Weise, wie wir ein Stück Obst greifen könnten, oder die spezifischen Farben, die Reife signalisieren? Das Verständnis dieser Unterscheidung ist entscheidend, da es offenbart, wie das Gehirn entscheidet, was essbar ist und wie es den Körper darauf vorbereitet, damit zu interagieren.

Um dieses Rätsel zu lösen, führten Forscher zwei detaillierte Experimente unter Verwendung einer Maschine durch, die die Gehirnaktivität kartiert, wobei sie eine Gruppe von Freiwilligen baten, verschiedene Bilder anzusehen, während ihre Gehirne gescannt wurden. Das Team wollte wissen, ob die lebensmittelsensitiven Bereiche des Gehirns durch die physischen Eigenschaften der Objekte selbst, wie deren Farbe oder die Art und Weise, wie sie in einem Haufen angeordnet sind, oder durch die Handlungen gesteuert werden, die wir mit ihnen ausführen, wie etwa Greifen oder Halten. Sie testeten dies, indem sie den Teilnehmern Bilder von Lebensmitteln neben anderen Objekten zeigten, die gehalten werden konnten, und indem sie die Bilder manipulierten, um zu sehen, ob das Gehirn mehr darauf achtete, ob das Objekt allein stand oder als Teil einer farbenfrohen Gruppe auftrat. Die Ergebnisse zeigten eine klare Aufteilung in der Funktionsweise der beiden lebensmittelsensitiven Bereiche. Die Region an der Seite des visuellen Cortex war offensichtlich auf die Handlung fokussiert. Sie reagierte stark auf Lebensmittel, die gegriffen werden konnten, und behandelte ein Stück Obst so, als teile es Eigenschaften mit anderen greifbaren Objekten. Dieser Bereich schien sich kaum darum zu kümmern, ob das Bild in Farbe oder Schwarz-Weiß war, und er ließ sich auch nicht vom Hintergrund ablenken; er erkannte das Objekt schlichtweg als etwas, nach dem die Hand greifen kann.

Im Gegensatz dazu erzählte die Region am Boden des visuellen Cortex eine andere Geschichte. Dieser Bereich war hochsensibel für die Oberflächendetails der Lebensmittel, insbesondere für deren Farbe und die Art und Weise, wie die Artikel zusammen angeordnet waren. Wenn die Forscher Bilder von Lebensmitteln ohne einen klaren Hintergrund zeigten oder diese als Ensembles ohne markanten Hintergrund präsentierten, wurde dieser untere Bereich wesentlich aktiver. Er zeigte auch eine starke Präferenz für farbige Bilder gegenüber Graustufenbildern, was darauf hindeutet, dass er sich auf die visuellen Hinweise von Reife und Vielfalt verlässt, um zu identifizieren, was essbar ist. Um zu bestätigen, dass diese funktionelle Trennung nicht nur eine Laune der menschlichen Biologie, sondern ein Resultat der Organisation visueller Informationen war, bauten die Forscher ein Computermodell, das darauf ausgelegt war, das Layout der visuellen Areale des Gehirns nachzuahmen. Als dieses künstliche Netzwerk trainiert wurde, Bilder zu verarbeiten, entwickelte es natürlich zwei separate Gruppen von Einheiten, die sich exakt wie die zwei Hirnregionen verhielten: eine Gruppe, die auf die Fähigkeit zum Greifen von Objekten fokussiert war, und eine andere, die auf die visuellen Statistiken von Farbe und Anordnung fokussiert war.

Diese Erkenntnisse legen nahe, dass das Gehirn keine einzige, einheitliche Methode zur Erkennung von Lebensmitteln besitzt. Stattdessen nutzt es zwei verschiedene Strategien, je nachdem, welcher Teil des visuellen Systems angesprochen wird. Eine Strategie ist praktisch und handlungsorientiert und identifiziert Lebensmittel basierend darauf, wie sie mit der Hand manipuliert werden können. Die andere ist visuell und beschreibend und identifiziert Lebensmittel basierend auf ihrem Aussehen und der Art und Weise, wie sie in eine größere Szene passen. Durch die Trennung dieser Funktionen kann das Gehirn sowohl das unmittelbare Bedürfnis, einen Snack zu greifen, als auch die umfassendere Aufgabe, zu identifizieren, was sicher und nahrhaft ist, effizient bewältigen. Die Studie deutet darauf hin, dass, während die Seite des Gehirns uns hilft zu verstehen, was wir halten können, der Boden uns hilft zu verstehen, was wir sehen, und beide sind essenziell für den komplexen Akt der Erkennung einer Mahlzeit.