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Dem Menschen in den Kopf schauen: Messung der Synchronisation von Gehirnen mittels Elektroenzephalografie (EEG).

Gehirnströme

Wie Gehirne kommunizieren

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Forscher vom Frankfurter Max-Planck-Institut für empirische Ästhetik haben eine neuartige Methode entwickelt, um Hirnströme in einer Gruppe zu messen.

Was läuft im Gehirn ab, wenn wir miteinander kommunizieren, etwas als schön bewerten und Gedichte oder Musik hören? Diesen spannenden Fragen gehen in Frankfurt   knapp 100 Wissenschaftler am Max-Planck-Institut für empirische Ästhetik nach. Neben den Abteilungen Musik, Sprache und Literatur sind auch die Neurowissenschaften in die Forschungsarbeit zu den ästhetischen Praktiken eingebunden, deren Erforschung in der Wissenschaft bislang eine untergeordnete Rolle spielte.

Einer internationalen Forschergruppe um Suzanne Dikker ist nun ein erstaunliches Experiment geglückt: Sie begleiteten zwölf Gymnasiasten und einen Lehrer ein Jahr lang durch den Biologie-Unterricht und maßen mittels tragbaren EEG-Geräten die Gehirnströme in der Gruppe. „Die gemessenen Wellen sind der Code des Gehirns, das aus rund 86 Milliarden Zellen besteht“, sagt Institutsdirektor und Leiter der neurowissenschaftlichen Abteilung, David Poeppel.

Üblicherweise werden solche Versuche mit Einzelpersonen in einem streng kontrollierten Laborumfeld durchgeführt, um mögliche Störfaktoren auszuschließen. Daher ist es eine große Leistung, dass nun die Interaktionen in einer Gruppe im natürlichen Umfeld aufgezeichnet werden konnten: Richtungsweisend ist aus  Poeppels Sicht, dass „es künftig eine neue Methode gibt, um soziale Dynamiken zu untersuchen“.

Im Fachjournal „Current Biology“ präsentierten die Forscher jüngst ihr verblüffendes Ergebnis: Interagierten die Schüler unter-einander zu Beginn des Unterrichts, konnten die Forscher eine höhere Synchronizität ihrer Gehirnströme messen, die zudem widerspiegelten, wie sehr sie den Unterricht und sich gegenseitig mochten. „Wie stark unsere Gehirnströme mit denen einer anderen Person synchronisiert sind, scheint ein guter Prädiktor dafür zu sein, wie gut wir miteinander auskommen und wie stark wir uns engagieren“, betont Dikker, Wissenschaftlerin an der New York University und der Uni Utrecht.

Bezogen auf die Gruppendynamik bedeutet dies, dass die Schüler den Unterricht sowie den pädagogischen Ansatz des Lehrers häufiger als positiv bewerteten, je stärker die Hirnströme jedes einzelnen Schülers mit denen der Gruppe übereinstimmten. Je näher sich die Schüler standen, desto größer war auch die Hirn-zu-Hirn-Synchronizität, aber nur wenn sie vor dem Unterricht persönlich miteinander zu tun hatten. Die geteilte Aufmerksamkeit, die eine höhere Gehirnsynchronizität mit sich bringt, wirkt sich somit positiv auf das Engagement in der Klassengemeinschaft aus und ist Ausdruck der sozialen Dynamik; beides ist entscheidend für den Lernerfolg.

Bis voraussichtlich zum Jahr 2022 wird das Max-Planck-Institut für empirische Ästhetik noch übergangsweise in einem ehemaligen Bankgebäude im Grüneburgweg untergebracht sein. Eine dauerhafte Lösung zu finden, vorzugsweise auf dem geplanten Kulturcampus, ist die dringlichste Aufgabe für Direktor Poeppel, der deswegen mit der Stadt Frankfurt und dem Land Hessen verhandelt. Aufwendige Umbauarbeiten waren am derzeitigen Standort erforderlich, um die schalldichten Hightech-Labore in dem Bürogebäude unterzubringen.

In Studien können die Forscher dort Hirnströme mittels EEG (Elektroenzephalografie), die Augenbewegungen mittels Eyetracking und die Herzrate messen. Die EEG-Haube für den Kopf misst anhand von 128 Elektroden die elektrochemische Aktivität von Nervenzellen, die in jeder Sekunde im Gehirn Sinneseindrücke, Gedanken und Gefühle koordinieren. Anders als die tragbaren EEG-Geräte liefert die Haube rund 5000 Datenpunkte pro Sekunde – dementsprechend aufwendig ist die Auswertung. Beim Eyetracking misst ein für das Auge unsichtbarer, starker Infrarot-Scheinwerfer die Augenbewegungen eines Studienteilnehmers rund 1000 Mal pro Sekunde.

Für neurowissenschaftliche Untersuchungen wird auch das Brain-Imaging-Center am Campus Niederrad genutzt, das zusammen mit der Goethe-Universität und dem Ernst-Strüngmann-Institut betrieben wird. Dort können Magnetoenzephalografie (MEG) und Magnetresonanztomografie (MRT) durchgeführt werden.

Da es den Trend gebe, zur Bestätigung von Hypothesen immer größere Datenmengen heranzuziehen, „spielen bei uns vermehrt Online-Studien eine Rolle, da dort mit verhältnismäßig wenig Aufwand ein großer Personenkreis befragt werden kann“, berichtet Poeppel. Bei der „Schön“-Studie, einem Online-Fragebogen zu als schön empfundenen Phänomenen, Ereignissen, Objekten oder Personen, haben bereits mehr als 10 000 Personen mitgemacht.

Die Breite des Forschungsgegenstandes spiegelt sich in den vielfältigen und oft komplexen Fragestellungen: Erforscht wird etwa, ob es zwischen der Sprachmelodie von Gedichten Übereinstimmungen zu musikalischen Melodiemaßen im Fall einer Vertonung gibt. Was im Publikum bei einem Konzert, Literaturvortrag oder einer Tanzperformance passiert, wird möglichst diskret im Artlab erforscht. Regelmäßig werden Studienteilnehmer in ungezwungener Atmosphäre zu Veranstaltungen eingeladen. Während der Zuschauer den Eindruck haben soll, in einem gewöhnlichen Saal statt in einem psychophysiologischen Forschungslabor zu sitzen, wird auch im Dunkeln seine Gesichtsmuskulatur gefilmt; über ein Tablet werden der Puls und der Hautleitwert gemessen, die etwas darüber aussagen, in welchem Erregungszustand sich der Zuschauer befindet, ob er bei einem Musikstück oder einem Gedicht einen Schweißausbruch oder eine Gänsehaut bekommt. Da bis zu 46 Personen in den Raum passen, ist die Auswertung der großen Datenmengen oft anspruchsvoll.

Das Max-Planck-Institut freut sich über Studienteilnehmer: www.aesthetics.mpg.de

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