Aufmerksamkeits- und Gedächtnisprozesse bei der visuellen Suche mit Blickbewegungen

Visuelle Suche ist ein Verhalten, das tagtäglich vielmals auftritt. Wenn man beim Verlassen der Wohnung nach den Autoschlüsseln sucht oder nach einem bekannten Gesicht in einer Menschenmenge, führt man eine visuelle Suche aus. Darunter versteht man die Suche nach einem Zielobjekt unter einer Menge von mehr oder weniger ähnlich aussehenden anderen Objekten, sogenannten Distraktoren. In einer komplexen visuellen Umgebung sind wir normalerweise nicht imstande, das Zielobjekt sofort zu finden und müssen die Objekte eines nach dem anderen überprüfen ein Vorgang, der als serielle visuelle Suche bezeichnet wird. Im vorgeschlagenen Projekt werden wir Blickbewegungsmessung gemeinsam mit Elektroenzephalographie (EEG) und gemeinsam mit funktioneller Magnetresonanztomographie (fMRI) einsetzen. Wir wollen damit untersuchen, wie Zielobjekte und Distraktoren während einer visuellen Suche verarbeitet werden, wenn die Versuchsteilnehmer und -teilnehmerinnen währenddessen ihre Augen bewegen dürfen (overt visual search). Normalerweise lässt man Blickbewegungen in derartigen Untersuchungen nicht zu, denn sie können EEG- und fMRI-Daten verzerren. Wir werden im Rahmen des Projekts jedoch zeigen, dass diese Probleme überwindbar sind und die gemeinsame Erhebung von Blickbewegungsdaten und EEG- bzw. Blickbewegungsdaten und fMRI-Daten wichtige Einsichten in die laufende Verarbeitung von Zielobjekten und Distraktoren erlauben. Die visuelle Suche ist ein Schlüsselparadigma zur Untersuchung von Aufmerksamkeitsprozessen. In den letzten Jahren wurden aber auch mögliche Gedächtnisprozesse bei der Suche zu einem wichtigen und stark debattierten Forschungsthema. Das Hauptziel dieses Projektes ist es, ein vertieftes Verständnis der Prozesse bei der visuellen Suche im Hinblick auf Aufmerksamkeit und Gedächtnis zu gewinnen, insbesondere auf elektrophysiologischer und neuraler Ebene. Dementsprechend schlagen wir zwei Forschungslinien vor. In der ersten Linie (Aufmerksamkeit) werden wir bottom-up und top-down-Einflüsse auf die P3, einen elektrophysiologischen Marker für die Verarbeitung von Zielobjekten, untersuchen. In der zweiten Forschungslinie (Gedächtnis) untersuchen wir elektrophysiologische und neurale Indikatoren für die Beteiligung von Gedächtnis bei der visuellen Suche. Diese Forschung wird bedeutsame Erkenntnisse über den Einsatz von Aufmerksamkeits- und Gedächtnisprozessen bei der visuellen Suche mit Blickbewegungen liefern.

Die sogenannte visuelle Suche ist ein Verhalten, dass der Mensch und alle höheren Organismen täglich unzählige Male ausführen. Wenn wir vor dem Verlassen der Wohnung die Autoschlüssel und den Regenschirm suchen oder wenn wir im Supermarkt einkaufen, dann führen wir visuelle Suchen durch. Die Erforschung dieses Verhaltens liefert Aufschlüsse über fundamentale Aufmerksamkeitsprozesse, denn bei einer Suche wendet sich die Aufmerksamkeit von einem Objekt oder Ort zum nächsten, bis das gesuchte Objekt gefunden wird (oder nicht). Auch müssen wir uns bei einer Suche merken, wo bzw. was wir schon gesucht haben, damit wir nicht am selben Ort erneut suchen. In der Wissenschaft wird die visuelle Suche seit Jahrzehnten intensiv erforscht. Es gibt psychologische Forschung, die mit der Registrierung von Blickbewegungen arbeitet. Das ist nützlich, weil man so feststellen kann, wo sich die Aufmerksamkeit befindet, nämlich wahrscheinlich dort, wo eine Person gerade hinschaut. Andere neurowissenschaftliche Forschung arbeitet mit der Ableitung elektrischer Aktivität des Gehirns (Elektroenzephalographie EEG) oder der Registrierung des Blutsauerstoffs im Gehirn (funktionelle Magnetresonanztomographie fMRT). Das ist wichtig, um zu erfahren, welche Vorgänge sich im Gehirn abspielen, wenn wir etwas suchen. Aus vorwiegend technischen Gründen hat man Blickbewegungsregistrierung bislang in der Forschung eher selten gemeinsam mit EEG und fMRT eingesetzt. Neuere Analysemethoden ermöglichen dies jedoch. Wir haben eine Kombination dieser Methoden genutzt um herauszufinden, was im Gehirn vor sich geht, während Personen visuelle Suchen ausführen. In unseren Untersuchungen haben die Teilnehmerinnen und Teilnehmer einen Zielbuchstaben unter einer Anzahl von anderen Buchstaben (Distraktoren) gesucht. Währenddessen wurden ihre Blickbewegungen aufgezeichnet, sodass bekannt war, welches Objekt zu welchem Zeitpunkt gerade betrachtet wurde. Zusätzlich wurde gleichzeitig entweder eine EEG- oder fMRT-Messung durchgeführt. Mithilfe innovativer Datenanalyse konnte dann festgestellt werden, was im Gehirn vor sich geht, wenn man einen Zielbuchstaben im Vergleich zu einem Distraktor betrachtet. Wir haben auf diese Weise herausgefunden, dass Hirnareale, die zielgerichtete Aufmerksamkeit verarbeiten, im Moment des Findens des gesuchten Objektes aktiv sind. Wir fanden auch heraus, wie bereits gefundene Zielbuchstaben im Gehirn gespeichert werden, und dass eine Region, die temporo-parietale Schnittstelle zwischen aufgabenrelevanter und -irrelevanter Information in der visuellen Suche unterscheidet. Unsere Erkenntnisse helfen, die Steuerung der Aufmerksamkeit als eine der grundlegenden Funktionen des gesunden menschlichen Gehirns besser zu verstehen. Damit wird die Grundlage geschaffen, um Probleme durch Gehirnschäden bei allen Aufgaben, die Aufmerksamkeit erfordern, besser zu verstehen.