Bodily Self-Perception During Vestibular Galvanic Stimulation in Virtual Reality: A Replication and Extension of Karnath et al. (2019)

Um die Welt zu navigieren, müssen unsere Gehirne ständig eine mentale Karte unseres eigenen Körpers erstellen. Wir müssen wissen, wo unsere Arme enden und wo unsere Beine beginnen, nicht nur um Kollisionen zu vermeiden, sondern um unseren Platz im Raum zu verstehen. Dieser interne Sinn für das Selbst beruht auf einem komplexen Team von Sensoren. Wir nutzen unsere Augen, um unsere Form zu sehen, und wir nutzen spezielle Sensoren in unseren Muskeln und Gelenken, um unsere Position zu fühlen. Aber es gibt ein drittes, oft übersehenes Teammitglied: das vestibuläre System. Tief im Innenohr gelegen, fungiert dieses System als der eingebaute Gyroskop des Körpers, der Kopfbewegungen und die Orientierung relativ zur Schwerkraft erkennt. Während wir wissen, dass dieses System lebenswichtig für das Gleichgewicht ist, haben sich Wissenschaftler lange gefragt, ob es uns auch dabei hilft zu entscheiden, wie groß sich unsere Körperteile anfühlen. Trägt das Innenohr dazu bei, dass wir das Gefühl haben, unser Arm habe eine bestimmte Länge, oder ist das rein eine Aufgabe für unsere Augen und Muskeln?

Eine aktuelle Studie setzte sich zum Ziel, diesen Zusammenhang zu testen, indem sie versuchte, das Innenohr auszutricksen und zu sehen, ob das Gehirn seine Meinung über die Körpergröße ändern würde. Die Forscher konzentrierten sich auf eine Technik namens galvanische Vestibularstimulation, bei der kleine Elektroden hinter den Ohren platziert werden, um einen sehr schwachen elektrischen Strom durch die Haut zu senden. Dieser Strom stört sanft die Signale, die das Innenohr an das Gehirn sendet, und erzeugt eine Empfindung von Bewegung oder Neigung, selbst wenn die Person vollkommen still sitzt. In einem früheren Experiment hatten Wissenschaftler diese Methode in einer Virtual-Reality-Umgebung eingesetzt und festgestellt, dass die Stimulation die Wahrnehmung der Armlänge nicht veränderte, obwohl sie jedoch einen merkwürdigen Unterschied zwischen der linken und der rechten Körperseite bemerkten. Die neue Studie zielte darauf ab, diese Arbeit mit einer größeren Gruppe von Menschen zu wiederholen, wobei stärkere Ströme und verschiedene Arten von elektrischen Signalen verwendet wurden, um zu sehen, ob ein stärkerer Anstoß an das Innenohr schließlich eine Änderung der Körperwahrnehmung bewirken würde.

Zwanzig gesunde Freiwillige nahmen an dem Experiment teil, während sie in einem Lehnstuhl saßen und ein hochwertiges Virtual-Reality-Headset trugen. Im Headset sahen sie eine digitale Version ihrer selbst, einen Avatar, der an ihre tatsächliche Körpergröße und Armlänge angepasst war. Die Aufgabe war einfach, aber präzise: Die Forscher würden den virtuellen Arm etwas länger oder kürzer als den realen Arm der Person zeigen, und der Teilnehmer musste sagen, ob er sich zu lang oder zu kurz anfühlte. Die Forscher passten dann den virtuellen Arm so an, dass der Teilnehmer das Gefühl hatte, er entspräche dem eigenen. Dieser Prozess wurde unter verschiedenen Bedingungen viele Male wiederholt. Manchmal erhielten die Teilnehmer gar keinen elektrischen Strom, was als Basislinie diente. Zu anderen Zeiten erhielten sie einen stetigen, direischen elektrischen Strom oder einen Strom, der schnell hin und her sprang, in zwei verschiedenen Intensitätsstufen. Das Ziel war es zu sehen, ob die elektrische Stimulation dazu führen würde, dass der virtuelle Arm sich so anfühlte, als müsste er länger oder kürzer sein, um der internen Wahrnehmung des eigenen Körpers zu entsprechen.

Die Ergebnisse waren klar und konsistent. Unabhängig davon, wie stark der elektrische Strom war oder ob er stetig floss oder schnell hin und her sprang, änderten die Teilnehmer nicht ihre Wahrnehmung der Armlänge. Der virtuelle Arm, der sich „genau richtig“ anfühlte, blieb die gleiche Größe, unabhängig davon, ob das Innenohr stimuliert wurde oder nicht. Die Studie untersuchte auch ein spezifisches Muster, das in der früheren Forschung gefunden wurde, wonach Menschen dazu neigten, die Länge ihres rechten Arms stärker zu überschätzen als die ihres linken. Dieses Mal trat dieses Muster nicht auf; die linken und rechten Arme wurden mit gleicher Genauigkeit wahrgenommen. Obwohl die elektrische Stimulation bei einigen Teilnehmern ein leichtes Gefühl von Schwindel oder die Empfindung verursachte, dass sich ihr Kopf oder ihr Körper bewege, führten diese physischen Gefühle nicht zu einer Änderung dessen, wie groß sie ihre Arme fanden.

Die Forscher kamen zu dem Schluss, dass das Innenohr zumindest in diesem Versuchsaufbau nicht direkt dazu beizutragen scheint, die wahrgenommene Größe unserer Gliedmaßen zu bestimmen. Selbst als das vestibuläre System durch starke elektrische Signale aktiv verwirrt wurde, verließ sich das Gehirn auf andere Informationen, wahrscheinlich visuelle Reize und das Gedächtnis darüber, wie sich der Körper normalerweise anfühlt, um die Größe zu beurteilen. Die Studie legt nahe, dass der Einfluss des Innenohrs auf das Körperbild viel kleiner sein könnte als bisher angenommen, oder dass er von den anderen Sinnen des Gehirns bei gesunden Menschen leicht überstimmt werden kann. Obwohl das Experiment nicht die dramatische Verschiebung der Körperwahrnehmung fand, die einige Theorien vorhersagten, lieferte es einen soliden, detaillierten Einblick darin, wie das Gehirn mit widersprüchlichen Signalen umgeht. Es zeigte, dass das Gehirn, wenn das Innenohr eine falsche Nachricht über Bewegung sendet, nicht notwendigerweise die Karte des Körpers umschreibt, sondern das Gefühl unserer eigenen Größe stabil hält, selbst wenn unser Bewegungsgefühl erschüttert ist.