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Neues aus der Welt der Wissenschaft |
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Vom Bild zum Aktivitätsmuster - und umgekehrt? |
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| | | Wenn wir den Blick durch unsere Umgebung schweifen lassen, ist im Gehirn Hochbetrieb. Über die Nervenzellen in der Netzhaut werden die Reize ins Gehirn weitergeleitet, wo sie in unterschiedlichen Arealen verarbeitet werden müssen. Was wäre, wenn man aus der Reizverarbeitung im Gehirn das Bild rekonstruieren könnte, das wir gesehen haben? US-Forscher sind diesem futuristischen Vorhaben einen - wenn auch kleinen - Schritt näher gekommen. |
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Sie berechneten aus der Gehirnaktivität, die beim Ansehen von insgesamt 1.750 verschiedenen Bildern entstand, eine spezielle Wellenlinie. Aufgrund der Charakteristik dieser Linie konnten sie bestimmen, welches - neue - Bild die Versuchsperson in einem weiteren Versuch gesehen hat.
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Die Studie "Identifying natural images from human brain activity" von Jack Gallant (Universität Kalifornien in Berkeley) und Kollegen ist online am 6. März 2008 in "Nature" erschienen (DOI:10.1038/nature06713). |
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 "Nature" |
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Wahrgenommenes Bild rekonstruieren |
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"Stellen Sie sich ein Gehirn-Lesegerät vor, das ein gerade wahrgenommenes Bild rekonstruieren könnte", fordern die Forscher um Jack Gallant die Fantasie ihrer Leser heraus.
Vom wissenschaftlichen und praktischen Nutzen eines solchen Geräts, das der Science-Fiction-Literatur entspringen könnte, zeigen sie sich überzeugt: Man könnte Wahrnehmungsunterschiede zwischen Menschen darstellen und erforschen und vielleicht sogar rein "geistige" Phänomene wie Halluzinationen oder Träume verbildlichen.
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Große Worte - welche Taten? |
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Große Worte für nüchterne Wissenschaftler - die im weiteren Verlauf präsentierten Versuchsergebnisse machen dann auch deutlich, dass die Gehirnforschung zwar Erstaunliches kann, vom Übersetzen neuronaler Aktivitätsmuster in realistische Bilder aber noch weit entfernt ist.
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Aus Mustern auf Bild schließen |
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Konkret gingen der Psychologe Gallant und seine Kollegen aus Gehirnforschung und Physik der Frage nach, wie sich die Reize, die aufgrund von Bildern im Gehirn entstehen, in ein abstraktes Muster übersetzen lassen.
Kenne man erst einmal das Muster, das beispielsweise beim Ansehen eines Apfelbaums entsteht, müsste man es allein aus den Reizen ableiten können, dass ein Mensch einen Birnenbaum ansieht, so die - vereinfachte - These der Forscher.
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Charakteristische Kurve
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Um zu einer vergleichbaren Einheit zu gelangen, legten die Wissenschaftler zwei Versuchspersonen insgesamt 1.750 verschiedene Bilder vor. Durch funktionelle Magnetresonanztomografie (fMRI) gewannen sie genaue Daten zur Aktivität von Nervenzellen in insgesamt drei Gehirnregionen, die an der Verarbeitung visueller Reize beteiligt sind.
Ihre Koordinaten ließen sie in eine mathematische Gleichung einfließen und erhielten dadurch eine - für die Verarbeitung eines Bilds - charakteristische Kurve (siehe Bild oben).
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Suche nach Übereinstimmungen |
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Im zweiten Schritt wurden den Versuchspersonen 120 neue Bilder vorgelegt und beim Ansehen wiederum fMRI-Daten gewonnen. Für jeden einzelnen der 120 Datensätze suchten die Forscher im bereits bestehenden Pool nach Übereinstimmungen.
Das erstaunliche Ergebnis: Bei der ersten Versuchsperson wurden 92 Prozent der Aktivitätsmuster richtig zugeordnet, bei der zweiten immerhin 72 Prozent. In diesen Fällen wäre also der Umkehrschluss - aus dem aufgezeichneten Muster kann auf den visuellen Eindruck geschlossen werden - zulässig.
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Bilder müssten rekonstruiert werden |
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Um generell gültig zu sein, muss der Identifikationsalgorithmus aber zeitunabhängig sein, was die Wissenschaftler mit Tests zwei Monate und ein Jahr nach dem ersten Versuch überprüften: Auch hier zeigten sich bei der ersten Versuchsperson hohe Trefferquoten: 82 Prozent nach zwei Monaten und sogar 100 Prozent nach einem Jahr.
"Die Identifikation von neuen Bildern bringt uns dem visuellen Decoder nahe", geben sich die Forscher optimistisch - zu optimistisch, wie es scheint. Denn dafür bräuchte es ein Gerät, das aus Aktivitätsmustern Bilder zusammensetzen kann. Und bis dahin ist es noch ein weiter Weg.
Elke Ziegler, science.ORF.at, 5.03.08
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01.01.2010 |
