Die Wahrnehmung der Welt um uns herum ist eine bemerkenswerte Leistung unseres Gehirns und Nervensystems, die in ständigem Zusammenspiel mit unseren motorischen Aktionen steht. Insbesondere die Rolle der Augenbewegungen als Brücke zwischen Aktion und Wahrnehmung hat in den letzten Jahren immer mehr Aufmerksamkeit erhalten. Bei schnellen Blickwechseln, sogenannten Sakkaden, verschiebt das Auge den Fokuspunkt abrupt und selektiert gleichzeitig neue visuelle Details. Diese Bewegung ist jedoch nicht nur eine motorische Aktion, sondern prägt auch die Art und Weise, wie wir visuelle Reize wahrnehmen – insbesondere bei sehr schnellen Bewegungen. Sakkaden sind die häufigsten und schnellsten Bewegungen unseres Körpers, die wir etwa zehntausend Mal pro Stunde ausführen.
Ihre kinematischen Eigenschaften – wie Geschwindigkeit, Dauer und Amplitude – folgen dabei festgelegten Gesetzmäßigkeiten, die in der sogenannten Hauptsequenz zusammengefasst sind. Diese Beziehung zeigt, dass größere Blicksprünge mit längerer Dauer und höherer Geschwindigkeit einhergehen, während kleinere Bewegungen kürzer und langsamer sind. Interessanterweise spiegeln sich diese Gesetze nicht nur in der motorischen Steuerung der Augen wider, sondern auch in den sensorischen Konsequenzen auf der Netzhaut, die letztlich unsere Wahrnehmung beeinflussen. Bei jeder Sakkade bewegt sich das Bild der Umwelt über die Netzhaut entsprechend der Augenbewegung. Diese Bewegung erzeugt eine schnelle, temporäre Verschiebung der visuellen Szene, die objektiv vorhanden, aber subjektiv oft unbemerkt bleibt.
Dieses Phänomen wird als sakkadische Unterdrückung oder omission bezeichnet und beschäftigt die Wissenschaft seit Jahrzehnten. Warum nehmen wir diese schnellen Verschiebungen kaum wahr, obwohl sie physikalisch eindeutig vorhanden sind? Die Antwort liegt in einem komplexen Zusammenspiel aus motorischen und sensorischen Mechanismen, die die Wahrnehmung „filtern“ und so visuelle Stabilität gewährleisten. Neueste Forschungsarbeiten haben nun gezeigt, dass die Grenzen unserer Fähigkeit, schnelle Bewegungen zu erkennen, direkt mit den kinematischen Eigenschaften der Sakkaden verbunden sind. Mithilfe eines eigens entwickelten experimentellen Paradigmas konnten Wissenschaftler Versuchspersonen hochfrequente, bewegte Reize präsentieren, die unter anderem die Geschwindigkeit und Amplitude von Sakkaden simulierten. Dabei fanden sich klare Belege dafür, dass die Sichtbarkeit von Hochgeschwindigkeitsbewegungen proportional zur Hauptsequenz der Augenbewegungen ist.
Mit anderen Worten: Die visuelle Wahrnehmung ist nicht nur durch die Grenzen der Sinnesorgane selbst eingeschränkt, sondern wird auch wesentlich durch die Eigenschaften der motorischen Aktionen beeinflusst, mit denen visuelle Informationen aufgenommen werden. Diese Erkenntnis ist revolutionär, denn sie stellt die traditionelle Sichtweise auf die Wahrnehmung infrage, die allein von passiver sensorischer Verarbeitung ausgeht. Vielmehr zeigt sie, dass Wahrnehmung und Bewegung eng miteinander verknüpft und gegenseitig aufeinander abgestimmt sind. Im Zentrum der Experimente standen bewegte Gabor-Patches, also standardisierte visuelle Muster, die über den Bildschirm wanderten. Teilnehmer mussten entscheiden, ob sich diese Muster entlang einer leicht gekrümmten Bahn nach oben oder unten bewegten.
Die Geschwindigkeit und Bewegungsamplitude variierten so, dass sie entweder der typischen Hauptsequenz von Sakkaden entsprachen oder davon abwichen. Die Ergebnisse waren eindeutig: Die Fähigkeit der Beobachter, die Bewegungsrichtung korrekt zu erkennen, sank nicht einfach mit steigender Geschwindigkeit, sondern variierte systematisch in Übereinstimmung mit den sakkadischen Bewegungsparametern. Sichtbarkeitsschwellen lagen proportional zur erwarteten sakkadischen Spitzengeschwindigkeit und Dauer, statt an einem absoluten Geschwindigkeitsschwellenwert zu hängen. Diese Relation wurde nicht nur bei konstanten Geschwindigkeiten bestätigt, sondern auch bei Bewegungen mit sakkadischnahen zeitlichen Geschwindigkeitsprofilen, die eine schnelle Beschleunigungsphase und eine langsamere Verzögerung aufweisen. Die Experimente zeigten zudem, dass die Präsenz statischer Endpunkte vor und nach der Bewegung essentiell ist, um die sakkadische Gesetzmäßigkeit in der Wahrnehmung zu beobachten.
Werden die statischen Phasen aus der Reizpräsentation entfernt, verschwindet die enge Korrelation zwischen Bewegungskinematik und Sichtbarkeit; die Wahrnehmung orientiert sich dann eher an absoluten Geschwindigkeitsgrenzen. Auf der Grundlage dieser experimentellen Daten entwickelten die Forscher ein Modell, das als parsimonielle Simulation der frühen visuellen Verarbeitung konzipiert ist. Es beruht auf der räumlichen und zeitlichen Faltung der visuellen Reize mit typischen rezeptiven Feldern und zeitlichen Antwortprofilen der visuellen Neuronen. Das Modell reproduzierte überzeugend das menschliche Verhalten und illustriert, wie die zeitliche Integration visueller Informationen und die Aktivierung durch statische Endpunkte dazu führen, dass schnelle Bewegungen mit sakkadischer Kinematik aus der bewussten Wahrnehmung ausgefiltert werden, während langsamere Bewegungen sichtbar bleiben. Diese Ergebnisse tragen erheblich zum Verständnis der saccadischen Unterdrückung bei, die bisher vor allem durch Mechanismen wie corollary discharge – eine Art motorisches Signal an sensorische Bereiche – erklärt wurden.
Die neuen Erkenntnisse legen nahe, dass der visuelle Kortex sich auch direkt an die sensorischen Konsequenzen der eigenen Augenbewegungen anpasst und die Wahrnehmung entsprechend einschränkt, ohne dass zwingend ein zentrales motorisches Vorhersagesignal notwendig wäre. Die Verarbeitung der üblichen Bewegungsmuster auf der Netzhaut kann somit selbst ausreichen, um schnelle, durch Sakkaden induzierte Bewegungen auszublenden und gleichzeitig andere, reale schnelle Bewegungen im Umfeld sichtbar zu machen. Von besonderem Interesse ist die individuelle Variabilität innerhalb dieser Mechanismen. Kinematische Parameter der Sakkaden variieren zwischen Personen und sogar zwischen Bewegungsrichtungen innerhalb desselben Individuums. Die Studien zeigten, dass auch die Wahrnehmungsschwellen von Individuum zu Individuum unterschiedlich sind und diese Unterschiede sich eng an die jeweilige Hauptsequenz der Sakkaden anpassen.
Dabei gilt insbesondere, dass die Kinematik der Blickbewegungen in die gegenüberliegende Richtung (also etwa eine Linksbewegung des Auges entspricht einer rechten Bewegung auf der Netzhaut) am besten die Wahrnehmungsschwelle der entsprechenden Richtung vorauszusagen vermag. Diese Resultate weisen darauf hin, dass das visuelle System langfristig auf die spezifischen Bewegungsmuster optimiert ist, denen es ausgesetzt ist. Die Zusammenhänge zwischen Bewegung und Wahrnehmung, die hier aufgedeckt wurden, eröffnen neue Perspektiven für zahlreiche Bereiche der neurowissenschaftlichen Forschung und darüber hinaus. Zum einen werfen sie die Frage auf, ob ähnliche köperliche Gesetzmäßigkeiten auch in anderen sensorischen Modalitäten (wie beispielsweise Tastsinn oder Hören) eine Rolle spielen. Für das auditive System könnte das beispielsweise bedeuten, dass die Wahrnehmung von Schallbewegungen durch Kopfbewegungen eingeschränkt ist.
Zum anderen stellen die Ergebnisse eine Verbindung zwischen motorischen Fähigkeiten, Bewegungskontrolle und Wahrnehmungsgrenzen her, die in der Entwicklungsneurologie, der Rehabilitation und der Robotik von Bedeutung sein könnten. Ferner geben die Erkenntnisse Anknüpfungspunkte für klinische Fragestellungen, etwa bei Störungen des oculomotorischen Systems wie bei Schizophrenie oder neurodegenerativen Erkrankungen, bei denen corollary-discharge-basierte Vorgänge beeinträchtigt sein könnten. Ein tieferes Verständnis, wie Wahrnehmung und motorische Eigenbewegungen gekoppelt sind, könnte helfen, Symptome zu erklären und neue Therapien zu entwickeln. Insgesamt illustriert die enge Verflechtung von Aktion und Wahrnehmung die wichtige Rolle der so genannten sensorimotorischen Kontingenzen, den festen Beziehungen zwischen Bewegungen und resultierenden sensorischen Rückmeldungen. Unsere Sinnesorgane, hier exemplarisch das Auge, sind nicht passive Empfänger von Informationen, sondern Teil eines aktiven Systems, das sich evolutionär an die Gegebenheiten motorischer Aktionen angepasst hat.
Die Hauptsequenz der Sakkaden prägt so nicht nur die Bewegung der Augen, sondern auch fundamental, was und wie wir schnell bewegte Objekte in der Welt sehen können. Durch die Kombination exakter psychophysischer Untersuchungen mit hochauflösenden Bewegungssimulationen und computermodellbasierten Analysen schafft diese Forschungsrichtung einen neuen Zugang, die Grenzen der menschlichen Wahrnehmung in ihrer natürlichen Aktivität besser zu verstehen. Es wird deutlich, dass die Wahrnehmungsgeschichte eines Menschen, geprägt von seinen eigenen Bewegungen, die Funktion und Leistungsfähigkeit des visuellen Systems maßgeblich formt und einschränkt. Für alle, die sich mit visueller Wahrnehmung, kognitiven Neurowissenschaften oder sensorimotorischer Integration befassen, bieten die Erkenntnisse neue Impulse. Sie verdeutlichen eindrucksvoll, dass die Studie der Wahrnehmung ohne ein tiefes Verständnis der Bewegung und deren Gesetzmäßigkeiten unvollständig bleibt.
Die Augenbewegungen sind somit nicht nur der Schlüssel zum Bewusstsein über die visuelle Umwelt, sondern auch der Maßstab für die Grenzen dessen, was wir überhaupt sehen können, wenn es schnell geht.
