New York University: Der Gedächtnisprozess des Gehirns führt eine Datenkomprimierung durch. Verschiedene Grafiken haben auch ein gemeinsames Speicherformat.

Wie genau erinnert sich das Gehirn an das, was es sieht? Forscher haben eine neue Entdeckung gemacht: Das Gehirn erfasst visuelle Informationen, die mit der aktuellen Aufgabe in Zusammenhang stehen, und vereinfacht und komprimiert die gesehenen Bilder, während einige irrelevante Merkmale ignoriert werden. Mit anderen Worten: Der Gedächtnisprozess des menschlichen Gehirns ähnelt eher dem Schreiben einer Gliederung an eine Tafel als dem Aufnehmen eines Bildes mit einer Kamera. Darüber hinaus zeigen die jüngsten experimentellen Analyseergebnisse der Forscher auch, dass unterschiedliche visuelle Informationen in nahezu demselben Speicherformat gespeichert werden können . Dieser Artikel stammt von der New York University und wurde in Neuron, einer führenden neurowissenschaftlichen Zeitschrift , veröffentlicht.

Schauen wir uns an, wie diese Forschung aussieht.

Datenerfassung und Visualisierung der Gedächtnisaktivität des Gehirns

Die Fähigkeit des Gehirns, benötigte Informationen zu speichern und abzurufen (das sogenannte Arbeitsgedächtnis) ist für viele kognitive Prozesse höherer Ebene von entscheidender Bedeutung.

Frühere Studien haben ergeben, dass das menschliche Gehirn visuelle Informationen umkodieren kann, indem es beispielsweise die Zahlen, die wir sehen, umkodiert und sie in unserem Gedächtnis als Laute speichert, die beim Vorlesen der Zahlen entstehen.

Basierend auf dieser Schlussfolgerung führte das Forschungsteam Experimente durch, um neue Untersuchungen durchzuführen.

Im Experiment bauten sie zwei verschiedene visuelle Reizbilder auf: gerichtete Gitter und bewegte Punkte.

Bei jedem Test sahen die Teilnehmer zunächst ein Bild, hatten dann 12 Sekunden Zeit, sich an das Gesehene zu erinnern und nutzten dann ihr Gedächtnis, um die Richtung zu bestimmen, in die das Gitter geneigt war oder in die sich eine Gruppe von Punkten bewegte.

Gleichzeitig nutzten die Forscher die funktionelle Magnetresonanztomographie (fMRI), um die Gehirnaktivität der Teilnehmer zu visualisieren.

Verschiedene visuelle Informationen können im gleichen Format gespeichert werden

Die Forscher stellten fest, dass unabhängig vom Neigungswinkel des Gitters oder der Bewegungsrichtung der Punkte das gleiche Muster neuronaler Aktivität im visuellen Kortex und im parietalen Kortex erzeugt wurde.

Der visuelle Kortex ist der Teil der Großhirnrinde, der visuelle Informationen verarbeitet, und der parietale Kortex ist der Teil des Gehirns, der Erinnerungen verarbeitet und speichert.

Die spezifischen Ergebnisse der Datenanalyse sind wie folgt.

Die Ergebnisse zeigten, dass der visuelle Kortex des Gehirns zwischen zwei verschiedenen Bildreizen unterscheiden konnte: geneigten Gittern und sich bewegenden Punkten.

Gleichzeitig ermöglicht das Training des Gehirns mit einem Reiztyp (wie etwa dem Neigungswinkel eines Gitters), dass es auch einen anderen Reiztyp erfolgreich dekodieren kann (wie etwa die Richtung, in die sich die Punkte bewegen).

Es ist jedoch anzumerken, dass dieses „Teilen“ nur während der Gedächtnisphase stattfand und während der Zeit der direkten Betrachtung des Reizes nicht beobachtet wurde.

Dies bestätigt die Spekulation der Forscher: Die Bildeigenschaften der Gitterneigung und der Punktsatzbewegung weisen sowohl Unterschiede als auch Ähnlichkeiten auf, doch im Arbeitsgedächtnisprozess extrahiert das Gehirn nur die für die jeweilige Aufgabe relevantesten Merkmale und kodiert die beiden unterschiedlichen Reize in dasselbe „Speicherformat“.

Das menschliche Gehirn erinnert sich an Dinge auf ähnliche Weise wie beim „Schreiben einer Gliederung“.

Der vorherige Artikel hat gezeigt, dass das Arbeitsgedächtnis eine abstrakte Darstellung von Bildattributen im Gehirn ist.

Welche anderen potenziellen Eigenschaften von Arbeitsspeicherrepräsentationen gibt es also? Speichert das Gehirn alles, was es sieht?

Zur weiteren Untersuchung verwendeten die Forscher ein komplexes Modell, das dreidimensionale Muster der Gehirnaktivität in eine aussagekräftigere zweidimensionale Darstellung des visuellen Raums projiziert.

Dies zeigt das Format, in dem das Gehirn Informationen für die beiden visuellen Reize in diesem Experiment umkodiert.

Abbildung A ist ein schematisches Diagramm der räumlichen Rekonstruktionsanalyse. Der Gitterwinkel oder die Punktbewegungsrichtung für jede Merkmalsbedingung wurde in den Sichtfeldraum projiziert.

Abbildung B ist das Gruppenrekonstruktionsdiagramm. Basierend auf Abbildung B werden die Filterantwort und die zugehörigen Wiedergabetreuewerte berechnet, um die Abbildungen C und D zu erhalten.

Die Analyse dieser Daten ergab, dass sich die Teilnehmer das Gitter oder die komplexe Wolke aus sich bewegenden Punkten überhaupt nicht eingeprägt hatten; Stattdessen komprimierten sie das Bild in eine einzelne Linie, die den Winkel darstellte, den sie sich merken sollten.

Über den Autor

Die Erstautorin des Artikels, Yuna Kwak, promoviert derzeit in Psychologie an der New York University.

Der korrespondierende Autor des Artikels ist Clayton E. Curtis, ebenfalls vom Fachbereich Psychologie der New York University.

Forscher stehen erst am Anfang, einige der Funktionen des Arbeitsgedächtnisses zu verstehen und viele Antworten müssen noch gefunden werden.

Zum Beispiel: Wie wandelt sich eine relativ einfache Erinnerung im Arbeitsspeicher in einen komplexeren Satz von Informationen um?

Die heutige Technologie ermöglicht es den Menschen jedoch, auf beispiellose Weise auf das Arbeitsgedächtnis zuzugreifen und es zu erfassen.

Dies wird dazu beitragen, die Gemeinsamkeiten und Unterschiede bei der Bildung des Arbeitsgedächtnisses für verschiedene visuelle Informationseingaben aus der Welt zu analysieren.

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