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TU Berlin

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Forschung

Blick in die Labore der TU Berlin: Das menschliche Gehirn besser verstehen

Das neue Berlin Mobile Brain/Body Imaging ­Lab (BeMoBIL) macht durch innovative neurowissen­schaftliche Ansätze die ­Messung von Hirnaktivität in Bewegung möglich

Messung der Hirnaktivität ­während der Interaktion
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Die Ampel ist bereits gelb, eine ältere Fußgängerin überquert trotzdem die Kreuzung, übersieht das blinkende Auto links von ihr und entgeht nur knapp einer Kollision. Situationen wie diese sind vor allem auch im überhitzten Berliner Verkehr häufig zu sehen und führen oftmals zu schwerwiegenden Unfällen. Welche Rolle spielt dabei das menschliche Gehirn? Wie viel wissen wir über die Wahrnehmung derartig brenzliger Situationen im wichtigsten aller Organe?

Im Labor bewegt sich die Probandin durch eine virtuelle Welt
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Bisherige Methoden der Neurowissenschaft, also etwa die bekannte funktionelle Magnetresonanztomografie, kurz fMRT, bei der Patienten regungslos in einer Röhre liegen, lassen nur eingeschränkt Bewegungen zu. Ein neues Labor der TU Berlin ermöglicht es nun, die Messung des Gehirns bei sich aktiv bewegenden Personen und in Interaktion mit der Umwelt vorzunehmen. Damit werden Untersuchungsszenarien möglich, die der Funktion unseres Gehirns in seiner natürlichen Umwelt deutlich näher kommen.

Die Welt des „Nichts“ im Labor, die sich virtuell mit „Umwelt“ füllt
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Entworfen hat dieses Labor TU-Professor Klaus Gramann, der die Methode des Mobile Brain/Body Imaging (MoBI) in Zusammenarbeit mit Scott Makeig von der University of California in San Diego entwickelt hat – es ist momentan das weltgrößte Labor seiner Art. Insgesamt flossen rund eine Million Euro in die Neugestaltung des Labors.

Versuchsteilnehmende erhalten eine Kappe zur Messung der Gehirnströme, Ihnen wird außerdem eine Virtual-Reality-Brille aufgesetzt – die Technik steckt dabei in einem leichten Rucksack, der mobil im gesamten Raum getragen werden kann. Im Raum selbst sind diverse Sensoren verbaut, etwa für Bewegungsmessungen. Die praktisch unendliche Zahl an virtuellen Räumen macht Experimente in allen denkbaren Untersuchungsszenarien möglich.

Klaus Gramann (r.) im Kontrollraum
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Ziel der Forschung ist es, das menschliche Gehirn besser zu verstehen und dieses Wissen später auf praktische Anwendungen zu übertragen. In unserem Beispiel ließen sich Reaktion und Gangverhalten der Fußgängerin untersuchen, die in einem virtuellen Raum die anfangs geschilderte Situation erlebte. Inwiefern passen ältere Menschen ihr Gangverhalten an, wenn sie eine Kreuzung überqueren sollen, und wird ihre Wahrnehmung des Verkehrs durch das Gehen beeinflusst? Die Erkenntnisse können in einem nächsten Schritt zu der Entwicklung von innovativen Warnsystemen führen, die bei der Straßenquerung unterstützen, etwa ein angepasstes Blinklicht für Automobile.

Voll verkabelt: Probandin mit ­Brille, Messkappe und elektronischem Gepäck
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Aktuell wird die Labortechnik vor allem zur Erforschung räumlicher und situativer Wahrnehmung genutzt – also wie Menschen ihre Umgebung wahrnehmen und auf diese reagieren. Außerdem wird die Informationsverarbeitung bei Bewegung untersucht. Also: Warum gehen Menschen langsamer, wenn sie mit dem Handy interagieren? Oder: Welche Auswirkungen haben Navigationsassistenzsysteme für das räumliche Lernen? Die International Mobile Brain/Body Imaging Conference, die im Juli bereits zum dritten Mal stattfand, bietet ein einzigartiges Forum für diesen Forschungsbereich. Mehr als 160 internationale Forschende waren dabei.  Ein besonderer Erfolg: Für Grundlagenforschungs- und anwendungsbezogene Projekte konnte bereits eine Vielzahl nationaler und internationaler Kooperationen gewonnen werden. Das Labor soll außerdem für die Berliner Universitäten, die Charité und weitere Forschungseinrichtungen geöffnet werden, um Synergien des exzellenten Berliner Forschungsumfeldes zu nutzen und Ressourcen zur Verfügung zu stellen.

Bosse Alexander Klama

Das Team

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Prof. Dr. Klaus Gramann, Leiter des Fachgebiets Biopsychologie und Neuroergonomie

Das Verständnis des menschlichen Gehirns steckt noch in den Kinderschuhen, und etablierte neurowissenschaftliche Methoden zur Messung menschlicher Hirnaktivität erlauben keinerlei Bewegung von Probanden. Das menschliche Gehirn hat sich im Laufe der Evolution jedoch entwickelt, um das Ergebnis unserer Handlungen zu optimieren. Die Kontrolle und Ausführung von Bewegung spielt also eine zentrale Rolle und beeinflusst nicht nur menschliche Hirnaktivität, sondern generell die Wahrnehmung von und Interaktion mit unserer Umwelt. Mit dem BeMoBIL hat die TU Berlin ein einzigartiges Labor etabliert, das vollkommen neue Erkenntnisse über die Funktionsweise des menschlichen Gehirns in seiner natürlichen Umwelt erlaubt. Diese Erkenntnisse sind grundlegend und können zur nachhaltigen Verbesserung technischer Systeme genutzt werden.

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Lukas ­Gehrke, wissenschaftlicher Mitarbeiter am Fachgebiet Biopsychologie und Neuroergonomie

Jeder kennt die Situation, nachts im Dunkeln tastend nach dem Lichtschalter zu suchen. Wie Menschen in unbekannten Umgebungen eine mentale Karte ihrer Umgebung aufbauen und anschließend effizient nutzen können, ist für uns von zentralem Interesse. Wir untersuchen und vermessen Menschen, die sich frei bewegen können und virtuelle, unsichtbare Labyrinthe durch Tasten erkunden. Mit welcher Signatur und in welchen Hirnregionen räumliches Lernen messbar ist, ist von Interesse für die Entwicklung von Trainingsmethoden zur Verbesserung der Orientierungsfähigkeiten in Zeiten allgegenwärtiger Navigationssysteme.

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Marius Klug, wissenschaftlicher Mit­arbeiter am Fachgebiet Biopsychologie und Neuro­ergonomie

Für mich ist spannend, wie wir uns in unübersichtlichen, herausfordernden Situationen zurechtfinden und neue Informationen schnell verarbeiten und verstehen sowie in die nahe Zukunft projizieren. Viele Situationen in Chirurgie, Flug- und Autoverkehr oder Kraftwerkssteuerung können so abstrahiert und untersucht werden. Dabei ist interessant, ob wir dem Menschen mit neurowissenschaftlichen Methoden sinnvoll assistierend zur Seite stehen können, um Fehler frühzeitig zu erkennen und zu vermeiden, denn bisher gibt es kaum objektive Messmethoden für Situationsbewusstsein, die den Menschen während der Ausführung der Tätigkeit nicht behindern.

Aufgezeichnet von Bosse Alexander Klama, "TU intern" Dezember 2018
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