Warum erkennt man einen Gegenstand, den man nur berührt hat, visuell?

Ein Team der Universität Genf hat eine Schlüsselregion im Gehirn identifiziert, die räumliche Informationen aus den Sinnesorganen abstrahiert und damit einen Grundpfeiler der Intelligenz beleuchtet.

Wie kann man einen Gegenstand mit dem Auge erkennen, wenn man ihn nur berührt hat, und umgekehrt? Diese Fähigkeit beruht auf der Abstraktionsfähigkeit des Gehirns, das Wissen von einem Sinn auf einen anderen übertragen kann, wie in diesem Fall vom Tastsinn auf den Sehsinn. Ein Team der Universität Genf hat einen bestimmten Bereich im Gehirn identifiziert, in dem sich taktile und visuelle Informationen überschneiden. Die Ergebnisse bringen Licht in diesen noch wenig verstandenen Mechanismus und könnten zu Anwendungen in der Medizin und der künstlichen Intelligenz führen. Sie wurden in Nature Communications veröffentlicht.

Das Gehirn verfügt über eine bemerkenswerte Abstraktionsfähigkeit. Sie ermöglicht es uns zum Beispiel, einen Gegenstand in völliger Dunkelheit nur durch Berührung zu erkennen, auch wenn wir ihn immer durch Sehen identifiziert haben, und umgekehrt. Die Fähigkeit, Lernen oder eine Vorstellung von einem Sinn auf einen anderen zu übertragen, ist einer der Grundpfeiler der Intelligenz. Sie ist bei vielen Tieren und sogar bei einigen Insekten zu finden. Die zugrunde liegenden Gehirnmechanismen sind jedoch noch nicht ausreichend bekannt.

Diese Ergebnisse eröffnen vielversprechende Wege in der Medizin und der künstlichen Intelligenz.

Jüngste Arbeiten eines Teams der Universität Genf an Mäusen berichten von neuen Fortschritten. Sie haben es ermöglicht, die Bereiche der Grosshirnrinde zu lokalisieren, in denen taktile und visuelle Informationen kombiniert werden. Diese Regionen sollen eine zentrale Rolle bei der sensorischen Generalisierung spielen. Insbesondere das rostro-laterale Areal (RL), das sich in der dorsalen Region der Hirnrinde befindet, scheint für diese kognitive Fähigkeit unerlässlich zu sein.

Auch bei Mäusen

Um zu diesem Ergebnis zu gelangen, trainierten die Wissenschaftler zunächst Mäuse darauf, zwischen einem taktilen Reiz von oben oder von unten zu unterscheiden, der über ihre Schnurrhaare oder ’Vibrissen’ wahrgenommen wurde. Wenn die Vibrisse von unten stimuliert wurden, mussten die Mäuse an einer Röhre lecken, die ihnen eine Belohnung verschaffte. Wenn es die obere war, passierte nichts. nach einer Woche hatten sie die Regel sehr gut verinnerlicht", sagt Sami El-Boustani, Assistenzprofessor an der Abteilung für grundlegende Neurowissenschaften der medizinischen Fakultät der Universität Genf, der die Arbeit leitete.

Um die Generalisierungsfähigkeit der Nagetiere zu testen, ersetzte das Team die taktilen Reize durch visuelle Reize, d.h. einen Schatten, der von oben oder unten durch das Sichtfeld hindurchgeht. ’Wir stellten dann fest, dass sich die Mäuse sehr gut an diesen Wechsel der Sinnesmodalität anpassten und immer auf den von unten kommenden Reiz reagierten. Die erwartete Aufgabe wurde immer korrekt ausgeführt’, erklärt Maëlle Guyoton, Postdoktorandin in der Abteilung für grundlegende Neurowissenschaften der Medizinischen Fakultät der Universität Genf und Co-Erstautorin der Studie.

Vielversprechende Anwendungen

Durch die Kartierung der Gehirnaktivität dieser Mäuse mit der Auflösung einer einzelnen Zelle entdeckte das Team die spezifischen Bereiche, die Tastsinn und Sehen kombinieren, darunter das RL-Areal. Die Inaktivierung des RL-Areals führte dazu, dass die Mäuse ihre Fähigkeit zur Generalisierung verloren, aber dennoch lernfähig blieben und Aufgaben mit nur einem Sinn bewältigen konnten.

das RL-Areal ist also ein Schlüsselbereich des Gehirns: Es ermöglicht der Maus zu verstehen, dass das, was sie mit ihren Schnurrhaaren im Dunkeln wahrgenommen hat, dem entspricht, was sie jetzt im Hellen sieht", erklärt Giulio Matteucci, Postdoktorand in der Abteilung für grundlegende Neurowissenschaften der Medizinischen Fakultät der Universität Genf und Ko-Erstautor der Studie.

Diese Ergebnisse eröffnen vielversprechende Wege in der Medizin - ein besseres Verständnis dieser Schaltkreise könnte die Erforschung von sensorischen Störungen erhellen -, aber auch im Bereich der künstlichen Intelligenz, wo Systeme lernen müssen, unterschiedliche Daten zu integrieren, seien es Texte, Bilder oder Töne.

Die Forschungsergebnisse werden in
Nature Communications veröffentlicht

DOI: 10.1038/s41467-025-59342-9