{"id":132,"date":"2021-05-08T10:46:20","date_gmt":"2021-05-08T10:46:20","guid":{"rendered":"https:\/\/www.alexreichenbach.de\/?page_id=132"},"modified":"2025-09-05T08:59:04","modified_gmt":"2025-09-05T07:59:04","slug":"verarbeitung-visueller-informationen-fur-die-bewegungskontrolle","status":"publish","type":"page","link":"https:\/\/www.alexreichenbach.de\/?page_id=132","title":{"rendered":"Verarbeitung visueller Informationen f\u00fcr die Bewegungskontrolle"},"content":{"rendered":"\n

Einblicke in meine Arbeit am Institute of Cognitive Neuroscience<\/a> des University College London<\/a><\/em> (2011 – 2014).<\/em><\/p>\n\n\n\n

Die Steuerung von Hand- und Armbewegungen mithilfe von Sinnesinformationen l\u00e4uft im allt\u00e4glichen Leben eher beil\u00e4ufig ab. Wir schauen uns nicht bewusst erst einmal jeden Gegenstand an nach dem wir greifen und trotzdem gehen die Bewegungen selten fehl. Die Komplexit\u00e4t der zugrundeliegenden Gehirnprozesse wird einem erst dann klar, wenn man versucht einem Roboter entsprechend flexible Bewegungen beizubringen, oder wenn man sich die Vielfalt der Krankheitsbilder anschaut, die aus Fehlfunktionen dieser Prozesse resultieren k\u00f6nnen. Um eine zielgerichtete Bewegung zu einem Gegenstand in der Umgebung auszuf\u00fchren, lokalisieren wir diesen Gegenstand mit unserem Sehsinn und die Position unserer Arme mit Seh- und Haltungssinn. Daraus ermittelt das Gehirn, wie wir unsere Muskeln aktivieren m\u00fcssen. W\u00e4hrend der Bewegung \u00fcberwachen Haltungs- und Sehsinn stets die aktuelle Position und Konfiguration unserer H\u00e4nde und die Muskelanspannung wird wenn n\u00f6tig angepasst. Diese Kontrollprozesse m\u00fcssen sehr schnell und flexibel auf fehlerhafte Bewegungen oder \u00e4nderungen in der Umgebung reagieren, was unser Gehirn mit Bravour meistert.<\/p>\n\n\n\n

Doch wie unser Gehirn das genau macht, verstehen wir bisher nur ansatzweise. Meine Forschung addressiert zwei Herausforderungen, vor denen das Gehirn f\u00fcr die visuelle Kontrolle von Bewegungen steht. Die erste Herausforderung ergibt sich aus der Reichhaltigkeit unserer nat\u00fcrlichen Umgebung. Der Sehsinn erfasst zu jedem Augenblick die komplette Umgebung und liefert somit eine nicht zu verarbeitende Menge an Informationen. Die Kontrollprozesse ben\u00f6tigen jedoch lediglich Informationen \u00fcber unseren K\u00f6rper und das Ziel der Bewegung. Wie diese aus der Informationsflut herausgefiltert werden war Thema meiner ersten Untersuchungen. Um sensorische Informationen zu verarbeiten, muss normalerweise Aufmerksamkeit auf die relevante Information gelenkt werden. Meine Untersuchung hat gezeigt, dass dies auch f\u00fcr die Verarbeitung visueller Informationen \u00fcber den Zielgegenstand n\u00f6tig ist. Im Gegensatz dazu erfolgt die Verarbeitung visueller Informationen \u00fcber die Position unserer bewegungsausf\u00fchrenden Hand unabh\u00e4ngig von Aufmerksamkeitsprozessen. Dieser Befund f\u00fchrte dazu, dass ich unterschiedliche Mechanismen f\u00fcr die Verarbeitung dieser zwei Arten visueller Informationen vorgeschlagen habe. Abschliessend habe ich untersucht, welchen Anspr\u00fcchen visuelle Informationen gen\u00fcgen m\u00fcssen, um mit dem aufmerksamkeitsunabh\u00e4ngigen Mechanismus verarbeitet zu werden, sprich: um direkt in das eigene K\u00f6rperschema integriert zu werden. Im Falle der eigenen Hand ist die L\u00f6sung trivial, da der visuelle Eindruck der Hand vollst\u00e4ndig der ausgef\u00fchrten Bewegung folgt. Aber schon in so inzwischen allt\u00e4glichen Situationen wie der Benutzung der Computermaus ergibt sich eine Dissoziation zwischen Bewegung und visuellem Feedback, und doch k\u00f6nnen wir nach wenig \u00fcbung mit dem Mauszeiger wie mit der eigenen Hand umgehen. Das zeigt wie flexibel dieser Mechanismus ist, und erweitert seine Bedeutung von einem biologischen Mechanismus zu einem menschlichen Faktor, der in der Gestaltung intuitiv nutzbarer manuell bedienter und ferngesteuerter Ger\u00e4te eine grosse Rolle spielt.<\/p>\n\n\n\n

Die zweite Herausforderung l\u00e4sst sich intuitiv sehr einfach l\u00f6sen: wie wird die Richtung der Bewegung ermittelt, die f\u00fcr das Erreichen des Gegenstandes eigenschlagen werden muss? Stellt man sich den Richtungsvektor zwischen zwei Punkten im 3-dimensional Raum vor, ist die L\u00f6sung einfach: die Bewegungsrichtung berechnet sich aus Differenz zwischen Gegenstands- und Handposition. Da beide Informationen \u00fcber den Sehsinn aufgenommen werden, kann sie das Gehirn auch direkt miteinander verrechnen. Diese L\u00f6sung ist intuitiv so einfach, dass bisher immer angenommen wurde, dass unser Gehirn so funktioniert. Ausgehend von der bekannten Funktionsweise des Gehirns ist die L\u00f6sung jedoch nicht so trivial, da die Differenzbildung f\u00fcr unsere Nervenzellen eine komplexere Operation darstellt, und somit f\u00fcr rasche Kontrollprozesse m\u00f6glicherweise ungeeignet ist. Basierend auf dieser \u00fcberlegung haben meine Untersuchungen gezeigt, dass bei Bewegungs\u00e4nderungen mindestens zwei verschiedene Operationen vom Gehirn durchgef\u00fchrt werden: Zur Initiierung der Bewegungs\u00e4nderung werden die Positionen des Zielgegenstandes und der Hand unabh\u00e4ngig voneinander verarbeitet, was wesentlich schneller ist. Erst wenn die Bewegung dem Ziel relative nahe ist, dann bildet das Gehirn den Differenzvektor und die Feinjustierung der Bewegung erfolgt. Diese Ergebnisse sind u.a. f\u00fcr Forscher interessant, die Gehirnsignale zur Steuerung von Prosthesen und anderen Hilfsmitteln einsetzen. In diesem Anwendungsgebiet ist die Nutzung visuell-motorischer Hirnsignale w\u00e4hrend der Ausf\u00fchrung von Bewegungen eine der aktuellen Herausforderungen, und meine Forschung legt daf\u00fcr die Grundlagen.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

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