Reference frames reverse biases in human heading perception

Wenn wir uns durch die Welt bewegen, sehen unsere Augen nicht nur statische Bilder; sie sehen einen reißenden Strom visueller Informationen, der als optischer Fluss bekannt ist. Stellen Sie sich vor, Sie stehen auf einem Bahnsteig, während ein Zug abfährt: Die Gleise und die Wände des Bahnhofs scheinen von einem Punkt direkt vor Ihnen aus nach außen zu streifen. Dieses visuelle Muster ist der primäre Hinweis, den unser Gehirn nutzt, um zu bestimmen, in welche Richtung wir uns bewegen – ein Gefühl, das Wissenschaftler als „Heading“ (Kursrichtung) bezeichnen. Jahrzehntelang haben Forscher versucht, genau zu kartieren, wie das Gehirn diese Richtung berechnet, doch sie stießen auf eine verwirrende Wand. Einige Experimente deuteten darauf an, dass Menschen, wenn sie ihre Bewegungsrichtung schätzen, dazu neigen, leicht zur Mitte zu zielen, als würden sie nach innen gezogen. Andere Experimente, die mit anderen Aufbauten durchgeführt wurden, fanden das Gegenteil: Menschen schienen leicht von der Mitte weg zu zielen, nach außen gedrängt zu werden. Dieser Widerspruch ließ Wissenschaftler rätseln, ob das Gehirn einfach unzuverlässig war oder ob etwas an der Art und Weise, wie die Experimente gestaltet waren, die Teilnehmer täuschte.

Ein Forschungsteam unter der Leitung von Renate Reisenegger an der Universität Marburg hat nun eine Lösung für dieses jahrzehntealte Rätsel vorgeschlagen. Sie behaupten, dass das George nicht inkonsistent ist; vielmehr hängt die Antwort vollständig davon ab, wie die Person gebeten wird, ihre Richtung anzugeben. Die Studie, die in einer aktuellen Ausgabe einer wissenschaftlichen Fachzeitschrift veröffentlicht wurde, zeigt, dass die mentale Perspektive, die wir einnehmen – ob wir uns unsere Bewegung aus unserer eigenen Sichtweise oder aus einer distanzierten, kartenähnlichen Sichtweise vorstellen – die Richtung des Fehlers grundlegend verändert. Indem sie dieselben Personen mit exakt denselben visuellen Szenen testeten, aber baten, auf zwei verschiedene Arten zu antworten, zeigten die Forscher, dass das Gehirn einfach durch die Änderung der Spielregeln nach innen oder nach außen gezogen werden kann.

Um diese Idee zu testen, baute das Team einen einzigartigen Laboraufbau mit einem massiven, gekrümmten Bildschirm, der den Betrachter umschließt und ein Sichtfeld von etwa 224 Grad abdeckt. Dieses „randlose“ Display ermöglichte es den Teilnehmern, eine immersive Simulation eines Spaziergangs über einen flachen Boden aus bewegten Punkten zu sehen, ohne sichtbare Grenzen, die sie ablenken könnten. Im ersten Teil der Studie beobachteten siebenunddreißig Freiwillige diese kurzen Clips der Eigenbewegung und wurden gefragt, wohin sie ihrer Meinung nach steuerten. Die Forscher unterteilten die Aufgabe in zwei unterschiedliche Modi. Im ersten Modus, der „egozentrischen“ Bedingung, berichteten die Teilnehmer ihre Richtung aus ihrer eigenen Perspektive, indem sie auf einen Punkt auf einer horizontalen Linie zeigten, die ihre unmittelbare Sicht repräsentierte. Im zweiten Modus, der „allozentrischen“ Bedingung, wurden die Teilnehmer gebeten, sich vorzustellen, sie blickten von oben herab, wie ein Vogel, und auf ihre Richtung auf einem Kreisbogen oder einem vollen Kreis zu zeigen.

Die Ergebnisse waren frappierend und unmittelbar. Wenn die Teilnehmer aus ihrer eigenen Perspektive berichteten, driften ihre Schätzungen konsistent in Richtung der Gerade nach vorne. Wenn sie sich tatsächlich leicht nach links bewegten, gaben sie an, sich noch näher zur Mitte zu bewegen. Dies ist als zentripetale Bias (Einwärtsabweichung) bekannt. Wenn dieselben Personen jedoch zum „Vogelperspektive“-Modus wechselten und im allozentrischen Bezugssystem berichteten, kehrte sich die Bias vollständig um. Wenn sie sich leicht nach links bewegten, gaben sie an, sich noch weiter nach links zu bewegen. Diese zentrifugale Bias (Auswärtsabweichung) trat auf, obwohl der visuelle Reiz identisch und der Bereich der möglichen Antworten derselbe war. Die Forscher testeten auch, ob die Größe des Antwortbereichs die Ursache war, wie es einige frühere Theorien suggeriert hatten, fanden jedoch heraus, dass die Änderung der Größe des Kreises die Richtung der Bias nicht veränderte. Das Einzige, was entscheidend war, war der Bezugsrahmen.

Um zu verstehen, was während dieses Wechsels im Gehirn geschah, führte das Team ein zweites Experiment mit einundzwanzig verschiedenen Freiwilligen durch. Dieses Mal verwendeten sie Standard-Computermonitore und zeichneten die Gehirnaktivität der Teilnehmer mittels Elektroenzephalografie (EEG) auf, die elektrische Signale auf der Kopfhaut misst. Die Teilnehmer beobachteten dieselben bewegten Punkte, aber anstatt eine Richtung anzugeben, mussten sie schnell entscheiden, ob ein kurzer Blitz links oder rechts von ihrer erinnerten Kursrichtung erschien. Entscheidend war, dass vor jedem Durchgang ein Hinweis erschien, der ihnen sagte, ob sie ihre eigene Perspektive oder die Vogelperspektive verwenden sollten. Die Forscher konzentrierten sich auf den Moment zwischen dem Hinweis und der Antwort, einer Zeit, in der das Gehirn die visuelle Information verarbeitet.

Die Hirnscans zeigten einen klaren Unterschied in der Aktivität je nach Aufgabe. Wenn die Teilnehmer sich darauf vorbereiteten, in der Vogelperspektive zu antworten, zeigten ihre Gehirne eine signifikante Zunahme der rhythmischen elektrischen Aktivität in den Theta- und Alpha-Frequenzbändern, spezifisch über dem Hinterkopf und dem Scheitel. Dieses Aktivitätsmuster wird häufig mit Hirnregionen in Verbindung gebracht, die an Navigation und räumlichem Gedächtnis beteiligt sind, wie etwa dem retrosplenialen Kortex und dem Hippocampus. Im Gegensatz dazu war dieser zusätzliche Anstieg der Aktivität nicht vorhanden, wenn sie sich darauf vorbereiteten, aus ihrer eigenen Perspektive zu antworten. Dies deutet darauf hin, dass das Gehirn härter arbeiten muss, um die mentale Akrobatik zu leisten, die erforderlich ist, um von einer selbstzentrierten Sichtweise zu einer weltzentrierten Karte zu wechseln, und dass dieser zusätzliche Verarbeitungsschritt wahrscheinlich die Auswärtsabweichung verursacht.

Schließlich nutzten die Forscher ein Computermodell, das darauf basiert, wie das Gehirn sensorische Informationen mit vergangenen Erwartungen kombiniert, um diese Ergebnisse zu erklären. Das Modell zeigte, dass sich die interne „Karte“ des Gehirns darüber, was wahrscheinlich passieren wird, je nach Aufgabe ändert. Wenn Menschen sich ihre Bewegung aus ihrer eigenen Perspektive vorstellen, verlassen sie sich stark auf den spezifischen Bewegungsbereich, den sie gerade gesehen haben, was ihre Schätzung zur Mitte zieht. Aber wenn sie zur Vogelperspektive wechseln, scheint das Gehen eine breitere, flachere Erwartung anzunehmen, wobei vorausgesetzt wird, dass die Bewegung in jede beliebige Richtung über den vollen Kreis erfolgen kann. Diese Verschiebung der Erwartung, komb)^{-iniert mit der natürlichen Sensibilität des Gehirns für Vorwärtsbewegungen, erzeugt den äußeren Druck. Die Studie kommt zu dem Schluss, dass die widersprüchlichen Ergebnisse in der Geschichte der Kursrichtungsforschung nicht auf einen Fehler in der menschlichen Wahrnehmung zurückzuführen waren, sondern darauf, dass verschiedene Experimente das Gehirn unbewusst gebeten hatten, das Problem in zwei verschiedenen Koordinatensystemen zu lösen. Durch die Erkenntnis, dass der Bezugsrahmen selbst die Abweichung antreibt, hat das Team ein langjähriges Rätsel der Sehwissenschaft gelöst und gezeigt, dass die Art und Weise, wie wir eine Frage stellen, die Antwort, die unser Gehirn gibt, grundlegend verändern kann.