Die Bildung neuronaler Objektrepräsentationen bei Säuglingen

Säuglinge müssen grundlegende Repräsentationen ihrer Umwelt bilden um sich erfolgreich in ihrer Umgebung zurecht zu finden. Verhaltensstudien haben anhand von Blickzeiten gezeigt, dass Babys in der Lage sind, über visuelle Objekte zu lernen. Allerdings ist wenig über die neuronalen Mechanismen bekannt, die dem Lernen in der frühen Entwicklung zugrunde liegen. Gedächtnisprozesse von Erwachsenen werden mit neuronalen Rhythmen, insbesondere dem Theta-Rhythmus im Elektroenzephalogramm (EEG) in Verbindung gebracht. In diesem Projekt werden wir elektrophysiologische Maße aus der Forschung mit Erwachsenen mit Blickzeitmaßen aus der Säuglingsforschung kombinieren um die frühen Mechanismen des Lernens bei Säuglingen besser zu verstehen. Wir vermuten, dass der Theta- Rhythmus als evolutionär erhaltener Mechanismus auch schon beim Lernen im ersten Lebensjahr eine Rolle spielt. Wir testen diese Annahme, indem wir die neuronalen Rhythmen von Babys messen während sie wiederholt neue Objekte sehen somit über sie lernen. Wir werden zudem versuchen, Lernprozesse der Babys zu verbessern, indem wir ihre Theta- Aktivität durch Präsentation von rhythmisch flackernden Bildern verstärken. Dies wird es uns erlauben, erstmals einen kausalen Zusammenhang zwischen neuronalen Rhythmen und Lernprozessen bei Babys herzustellen.

Wie lernen Babys, die Welt zu verstehen? Das Erkennen visueller Objekte ist eine grundlegende Fähigkeit, die uns hilft, visuelle Informationen zu ordnen und unser Handeln zu steuern. Während Erwachsene visuelle Objekte scheinbar mühelos identifizieren und kategorisieren können, ist diese Aufgabe für Babys, die noch dabei sind, mentale Repräsentationen der Welt zu entwickeln, weitaus schwieriger. In diesem Projekt untersuchten wir, wie Säuglinge grundlegende visuelle Repräsentationen ihrer Umgebung bilden. Während sich frühere Forschung auf das Blickverhalten von Babys konzentrierte, zielte unser Projekt darauf ab, die Rolle von Gehirnrhythmen beim Erlernen neuer Objekte bei Babys aufzudecken. Da Babys vor allem im sozialen Austausch mit anderen Menschen lernen, wollten wir zunächst verstehen, wie das Gehirn von Säuglingen durch ihre Bezugspersonen und das kulturelle Umfeld geprägt wird. Wir untersuchten, wie kommunikative Signale wie Blickkontakt und Zeigen während Momenten gemeinsamer Aufmerksamkeit die Gehirnaktivität sowohl bei Babys als auch bei Bezugspersonen beeinflussen. Mithilfe der Elektrophysiologie (EEG) fanden wir heraus, dass diese Signale die Aufmerksamkeit der Säuglinge auf Objekte fokussieren und auch die neuronalen Reaktionen der Bezugspersonen verstärken. Dies unterstreicht die Bedeutung sozialer Interaktionen für das frühe Lernen und die frühkindliche Entwicklung. In einer zweiten Studie untersuchten wir kulturelle Unterschiede in der Art und Weise, wie Säuglinge visuelle Szenen verarbeiten. Durch den Vergleich von Babys aus Wien und Kyoto stellten wir fest, dass das kulturelle Umfeld einen Einfluss darauf hat, ob Babys sich mehr auf Objekte oder Hintergründe konzentrieren. Passend dazu lenkten die Mütter den Aufmerksamkeitsfokus ihrer Babys in Wien mehr auf die Objekte und in Kyoto mehr auf die Hintergründe. Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass kulturelle Einflüsse die visuellen Aufmerksamkeitsmuster bereits in sehr jungen Jahren prägen. Zusammengenommen unterstreichen diese Studien die Rolle sozialer und kultureller Faktoren für die frühe Gehirnentwicklung. Weitere Forschungen konzentrierten sich darauf, wie das Gehirn von Säuglingen visuelle Informationen verarbeitet und kategorisiert. Mit Hilfe von EEG untersuchten wir die Gehirnaktivität von Säuglingen und Erwachsenen, während sie Bilder von Spielzeug, Gesichtern, Häusern und Körpern betrachteten. Die Studie ergab, dass Säuglinge bereits zwischen diesen Kategorien unterscheiden, obwohl ihre Gehirnprozesse im Vergleich zu Erwachsenen langsamer und weniger komplex sind. Während Erwachsene visuelle Merkmale über alle Komplexitätsstufen hinweg verarbeiten, konzentrieren sich Babys in erster Linie auf einfachere Merkmale. Darüber hinaus ergab die Studie, dass die Gehirnaktivität von Säuglingen im Zusammenhang mit der visuellen Kategorisierung im langsameren Theta-Frequenzband stattfindet, das mit dem Lernen in Verbindung steht. Im Gegensatz dazu stützen sich Erwachsene auf schnellere Alpha- und Beta-Oszillationen, die mit der Aufmerksamkeit zusammenhängen. Diese Ergebnisse veranschaulichen den Entwicklungsverlauf der visuellen Kategorisierung und zeigen, wie Babys nach und nach visuelle Verarbeitungsfähigkeiten entwickeln, die denen von Erwachsenen ähneln. Diese Forschung liefert wertvolle Erkenntnisse über die frühe Denkentwicklung und die neuronalen Grundlagen des Lernens und der Wahrnehmung.