Neuer Gehirnkreislauf ermöglicht Primaten die schnelle Gesichtserkennung

Neuer Gehirnkreislauf erkennt Gesichter im peripheren Sehen

Primaten können Gesichter selbst aus dem Augenwinkel mit erstaunlicher Geschwindigkeit wahrnehmen – ermöglicht durch einen neu entdeckten Gehirnkreislauf.

Hirnscans deuten darauf hin, dass Rhesusaffen (Macaca mulatta) ein verschwommenes Signal in ihrem peripheren Blickfeld in weniger als 40 Millisekunden als Gesicht oder Gegenstand einordnen. Das geschieht, noch bevor die Tiere ihren Blick darauf richten können, um es genauer und unterscheidend zu betrachten.

Der extrem schnelle Informationstransport verläuft über eine evolutionär sehr alte „Abkürzung“. Sie führt von den Augen zu einem frühen Bereich des visuellen Kortex und weiter zu einer Region des Mittelhirns, dem Colliculus superior. Dieser Kreislauf unterscheidet sich von dem Hirnbereich, der vertraute Gesichter erkennt: Dafür wird ein längerer Weg genutzt, der durch „jüngere“ Bereiche des primatischen visuellen Kortex verläuft.

Beim Menschen werden vertraute Gesichter im Zentrum des Blickfelds beispielsweise rund 380 Millisekunden nach ihrer ersten Präsentation erkannt. Das ist etwa 80 Millisekunden schneller, als ein unbekanntes Gesicht erkannt werden kann.

Der kürzere Kreislauf arbeitet noch schneller, kann jedoch lediglich etwas Gesichtähnliches im Randbereich des Blickfelds erfassen.

Colliculus superior und die schnelle Gesichtserkennung

Noch ist unklar, ob Neuronen im Colliculus superior beim Menschen dieselbe Funktion erfüllen wie bei Makaken. Bekannt ist jedoch, dass sie kleinen Kindern dabei helfen, Gesichtern zu folgen und auf emotionale Reize zu reagieren.

„Dieser neu entdeckte Kreislauf erklärt, wie wir Gesichter rasch erkennen und ansehen können, selbst wenn sie zunächst im peripheren Gesichtsfeld erscheinen, wo die Sehschärfe gering ist“, erläutert der Neurowissenschaftler Richard Krauzlis von den US National Institutes of Health (NIH).

„Dieser Kreislauf könnte Gesichter hervorheben, damit das Gehirn lernen kann, Personen wiederzuerkennen und komplexe Gesichtsausdrücke zu verstehen. Das hilft uns dabei, wichtige Fähigkeiten für soziale Interaktionen zu erwerben.“

In Versuchen untersuchten Forschende der NIH die Gehirne von zwei Makaken mittels Scans. Sie wollten feststellen, welche Neuronen aktiv wurden, wenn den Tieren Bilder von Affengesichtern, menschlichen Gesichtern, Körpern, Händen, Obst oder Gemüse sowie menschengemachten Gegenständen gezeigt wurden.

Die Bilder erschienen knapp außerhalb des zentralen Blickfelds der Affen. Dadurch konnten sie nicht deutlich über die bekannten Gehirnkreisläufe zur Gesichtserkennung wahrgenommen werden.

Schließlich identifizierte das NIH-Team 140 Neuronen im Colliculus superior, die auf die Gesichter anderer Affen im peripheren Blickfeld besonders stark reagierten.

Makaken unterscheiden Gesichter nach 30 Millisekunden

In der gemeinsamen Auswertung der Ergebnisse zeigte sich, dass beide Affen bereits 30 Millisekunden nach dem Einblenden eines Bildes zwischen Gesichtern und Nicht-Gesichtern unterscheiden konnten. Nach 50 Millisekunden erreichte diese Unterscheidung eine Genauigkeit von 80 Prozent; bei 90 Millisekunden lag die höchste Genauigkeit bei 92 Prozent.

Dagegen unterschieden die Colliculi superiores beider Affen belebte und unbelebte Objekte erst etwa 65 Millisekunden nach der Bilddarstellung – und das mit lediglich 75 Prozent Genauigkeit.

Die langsamere Reaktion auf Gegenstände legt nahe, dass höhere Bereiche des Kortex erforderlich sind, um bewusst zu erfassen, was die Augen sehen. Merkmale, die wie Bestandteile eines Gesichts wirken, umgehen hingegen diesen längeren Weg und aktivieren sofort Neuronen im Mittelhirn.

Die Ergebnisse liefern zudem eine Erklärung dafür, weshalb Neugeborene ihren Blick auf Gesichter richten, obwohl sich in ihrem visuellen Kortex noch keine „Gesichtsfelder“ entwickelt haben. Dabei handelt es sich um Ansammlungen von Neuronen, die auf die Erkennung von Gesichtern spezialisiert sind; ebenso fehlen noch einzigartige neuronale Muster, welche Informationen zu jedem einzelnen vertrauten Gesicht speichern.

Der neu identifizierte Kreislauf könnte auch erklären, weshalb sich einige Primaten anderen Gesichtern mit einer Geschwindigkeit zuwenden, die sich nicht durch ihre Patch-Neuronen erklären lässt. Diese übernehmen eine „langsamere, aber präzisere Unterscheidung von Gesichtern.“

Die NIH-Forschenden möchten nun prüfen, ob derselbe Kreislauf mit einer Bevorzugung von Gesichtern auch beim Menschen existiert.

„Wir glauben, dass dieser Kreislauf mit Gesichtspräferenz tatsächlich die Entwicklung der weiterentwickelten Prozesse zur Gesichtserkennung im Gehirn antreiben könnte“, sagt Krauzlis.

„Falls das zutrifft, könnten Defizite bei dieser Gesichtspräferenz im Colliculus superior eine Rolle bei Autismus spielen.“

Die Studie wurde in Neuron veröffentlicht.