Wie das Gehirn Überraschungen verarbeitet

Dieser Tage laufen die Wettbewerbe in Wimbledon. Besonders die aufschlagstarken Spieler haben auf Rasen einen Vorteil, denn die Bälle springen hier besonders schnell ab. Wohl dem Spieler, der den Aufschlag des Gegners richtig vorausahnt. Fragt man den Spieler später, wo genau der Ball gelandet ist, wird er sich kaum daran erinnern können. Verschätzt man sich aber und hechtet in die falsche Ecke, wird man sehr genau berichten können, an welcher Stelle der Ball einschlug. Kurzum: Der Gegner konnte das Überraschungsmoment für sich nutzen. Für Neurowissenschaftler war lange unklar, wie solche Situationen im Gehirn verarbeitet werden. Im ständigen Bestreben, Energie zu sparen, muss das Gehirn entscheiden, ob es Erwartbares oder Überraschungen priorisiert – dachte man. Eine Studie, die kürzlich im „Journal of Neuroscience“ erschienen ist, zeigt, dass die Antwort komplizierter ist: Das Gehirn wendet für beides Ressourcen auf, nur in unterschiedlicher Art und Weise. Wartet der Tennisspieler auf einen Aufschlag, bereitet sein Gehirn alles für den Sprung in die vorausgesagte Ecke schon vor und sendet entsprechende Signale an die Muskulatur. Geht der Plan auf, hakt das Gehirn die Aktion ab und verwendet keine Energie mehr darauf, den Aufschlag exakt im Gedächtnis zu speichern. Wird man aber auf dem falschen Fuß erwischt, ist das Gehirn anschließend bemüht, sensorische Informationen einzuholen, um aus der Situation zu lernen. Die Wissenschaftler nennen das „adaptive Effizienz“. F.A.Z.-Artikel häufiger in Ihren Suchergebnissen sehen F.A.Z. bei Google bevorzugen Für das Experiment untersuchten die Forscher allerdings keine Tennisspieler, sondern ließen 40 Probanden einen Bildschirm betrachten, auf dem kleine weiße Punkte in einer kreisförmigen Anordnung auftauchten. Um die Erwartungshaltung zu überprüfen, sollten die Probanden voraussagen, wo der nächste Punkt auftaucht. Die Überraschung simulierten die Forscher, indem sie die Punkte plötzlich an anderen Stellen aufleuchten ließen oder den Punkt grün einfärbten. Anschließend sollten die Probanden zeigen, wo die Punkte aufleuchteten. Zusammen mit den Ergebnissen aus Hirnstrommessung (EEG) und Pupillometrie folgerten die Forscher, dass der Energieaufwand nach diesen Überraschungen besonders groß ist. „Das Gehirn funktioniert nicht wie ein klassischer Computer. Wir nutzen unsere Augen nicht als Kamera, durch die etwas aufgenommen und dann weiterverarbeitet wird“, sagt Simon Eickhoff, der am Institut für Neurowissenschaften und Medizin am Forschungszentrum Jülich forscht. Stattdessen produziere das Gehirn ständig Hypothesen über das, was als Nächstes kommt. Es bereite mögliche Antworten darauf bereits vor. „Die Erwartung wird dann nur noch mit den sensorischen Informationen abgeglichen“, sagt Eickhoff. Man nenne das „predictive coding“. Unser Gehirn sei massiv darauf optimiert, Überraschungen zu minimieren. „Es ist einfach effizienter, einen Abgleich zwischen Erwartung und eintreffender Information zu machen, als sämtliche Informationen von A bis Z zu verarbeiten“, sagt Eickhoff. Auf diese Weise kann das Gehirn auch auf Dinge reagieren, zu denen es gar nicht schnell genug über Augen oder Ohren Informationen sammeln kann. Zum Beispiel sei die Zeit im Baseball vom Abwurf des Balls bis zum Schlag einfach viel zu kurz, als dass man die Flugkurve des Balls in die Schwungbewegung des Arms einbeziehen könne. Ähnlich sei das beim Elfmeterschießen im Fußball oder eben auch beim Tennisaufschlag, sagt Eickhoff: „Hier müssen Sportler mit Erwartungen arbeiten, um eine Reaktion rechtzeitig in die Wege zu leiten.“ Trifft man aber eine falsche Voraussage, bedeutet das für das Gehirn immer zusätzlichen Aufwand. „Wir müssen das Ereignis nicht nur reaktiv verarbeiten, sondern auch die Vorhersagen für die Zukunft anpassen, damit man in Zukunft möglichst nicht wieder überrascht wird.“