Das Gefühl, dass der eigene Körper „mir gehört“ und ich seine Bewegungen kontrolliere, ist so allgegenwärtig, dass die meisten Menschen es als selbstverständlich ansehen. Psychologische und neurowissenschaftliche Forschung hat gezeigt, dass körperliches Selbsterleben ganz entscheidend auf Gehirnprozessen beruht. So wissen wir, dass es Hirnbereiche gibt, die Informationen über den Körper und seine Bewegungen aus verschiedenen Sinnen, etwa Sehen und Fühlen, zu einem „Körpermodell“ zusammenfassen. Dieses Körpermodell wird vom Gehirn genutzt, um zwischen dem eigenen Körper und anderen Körpern zu unterscheiden und um Handlungen zu planen, auszuführen und zu kontrollieren. Wenn die betreffenden Hirnbereiche beschädigt werden, beispielsweise infolge schwerer Schlaganfälle, kann das Körpermodell gravierend gestört werden. Und plötzlich wird die eigene Hand nicht mehr als „meine“ erlebt oder ihre Bewegungen scheinen fremdgesteuert.

Körpermodelle im Gehirn sind also grundlegend für unser körperliches Selbstverständnis. Deshalb müssen sie einerseits stabil, andererseits flexibel, also lernbar sein: Babys im Alter von wenigen Monaten müssen ein Körpermodell überhaupt erst lernen. Doch auch im Erwachsenenalter können wir unser Körpermodell anpassen, etwa an körperliche Entwicklungs- und Alterungsprozesse oder an die Verwendung von Werkzeugen oder Prothesen. Zudem zeigen neue technologische Entwicklungen im Bereich der Mensch-Maschine-Interaktion, dass unsere Körpermodelle „umgelernt“ werden können, beispielsweise indem wir uns in virtuelle oder robotische „alternative Körper“ hineinversetzen und diese kontrollieren. Viele solcher Szenarien werfen die Frage auf, wo die Grenzen der Flexibilität unserer Körpermodelle liegen – und inwiefern der „eigene“ Körper überhaupt als eindeutig abgrenzbare Einheit verstanden werden kann.

Um den Fragen nachzugehen, braucht es experimentelle Arbeiten am gesunden Gehirn. In dem interaktiven Exponat kann eine vereinfachte Version eines Experiments erlebt werden, das wir in unserem Labor entwickelt haben, um das „Umlernen“ von Körpermodellen zu untersuchen. Ähnliche Versuche haben wir bereits mehrfach im Hirnscanner durchgeführt. So können wir anhand der zusätzlich ausgestellten 3D-gedruckten Gehirne darstellen, welche Hirnbereiche an den verschiedenen Lernprozessen des Körpermodells beteiligt sind.

Hier wird ein virtuelles Handmodell mittels eines Datenhandschuhs kontrolliert, um mit einfachen Greifbewegungen der virtuellen Hand ein Ziel auf dem Bildschirm zu verfolgen. Die grünen Markierungen am 3D-gedruckten Gehirn zeigen, wie motorische Kontrollzentren und die Sehrinde des Gehirns an der Steuerung und visuellen Verarbeitung der Bewegung beteiligt sind.

Das Problem ist: Die virtuelle Hand spiegelt die ausgeführten Handbewegungen nicht immer in Echtzeit wider, sondern teilweise mit einer vom Computerprogramm erzeugten Verzögerung. Durch die Verzögerung „entkoppeln“ wir die beiden wichtigsten Sinnesinformationen, die das Gehirn über den Körper erhält: Die gesehene und die gefühlte Handbewegung – also die Bewegung der virtuellen und der echten Hand – stimmen nicht mehr überein. Die roten Markierungen am 3D-gedruckten Gehirn zeigen Hirnbereiche, die besonders empfindlich auf derartige Verzögerungen reagieren. Diese Bereiche signalisieren, dass die gesehene Bewegung nicht zu dem passt, was das Körpermodell eigentlich erwarten würde – ein wichtiges Fehlersignal zur Unterscheidung zwischen eigenen und fremden Körperbewegungen.

Durch die Verzögerung ist die Zielverfolgungsaufgabe zunächst gar nicht mehr so einfach. Dennoch ist es möglich, die eigene Handbewegung so anzupassen, dass die virtuelle Hand dem Ziel folgen kann. Dabei aktualisiert das Gehirn nach und nach sein Körpermodell. Im Grunde lernt das Gehirn einen neuen Zusammenhang zwischen den Befehlen, die es an die Muskulatur sendet, und der daraus folgenden Handbewegung. Solche Lernprozesse finden in hierarchisch höher gelegenen Hirnbereichen statt, allen voran im Kleinhirn, wie die gelben Markierungen am 3D-gedruckten Gehirn zeigen.

Auch Teile der Sehrinde des Gehirns sind während der Aufgabe stark aktiv – das spiegelt eine besondere Gewichtung der gesehenen Handbewegung wider. Mit der gefühlten Handbewegung geschieht faszinierenderweise das Gegenteil, wie am 3D-gedruckten Gehirn mit den blauen Markierungen zu sehen ist: Hirnbereiche, die die gefühlte Handbewegung verarbeiten, werden kurzzeitig herunterreguliert. Das bedeutet, dass das Gehirn sein Körpermodell vorübergehend stärker an der gesehenen als an der gefühlten Körperposition orientiert.

Zusammengefasst zeigt dieser einfache Versuch, wie schnell das Gehirn sein Körpermodell umlernen kann – unter anderem durch die kurzfristige, gezielte Umgewichtung verschiedener Sinnesinformationen über die eigene Körperposition.

Text von Jakub Limanowski
Jakub Limanowski ist Psychologe und Neurowissenschaftler.