Einfache Tätigkeiten führen wir, trotz unzähliger Bewegungsmöglichkeiten, immer wieder gleich aus. Warum das so ist, erklärt jetzt ein neues mathematisches Modell. Am Beispiel der Blickbewegung zeigen Wissenschaftler, dass wir uns unbewusst für die Bewegung entscheiden, die zu den geringsten Störungen führt. Dies gilt sogar, wenn das Trägheitsmoment des Kopfes künstlich verändert wird.
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Die Erkenntnisse könnten in Zukunft dazu dienen, Roboterbewegungen natürlicher zu gestalten und Prothesen besser an die menschliche Bewegung anzupassen, schreiben die Forscher im „Journal of Neuroscience“.
Mit dem täglichen Handgriff zur Computermaus ist es genauso wie mit dem Blick in den Rückspiegel: Immer gleiche, stereotype Bewegungen erleichtern dem Gehirn die Konzentration auf das Wesentliche. Doch allein die Blickbewegung zu einem neuen Ziel enthält eine schier unendliche Zahl an Bewegungskombinationen: Wie schnell bewegen sich Kopf und Auge? Wie weit soll sich das Auge bewegen, wie weit der Kopf?
Mathematisches Modell sagt Blickbewegungen voraus
Weshalb das Gehirn aus der Menge aller möglichen Bewegungsmuster ein ganz bestimmtes bevorzugt, war bislang unklar. Ein Team um Stefan Glasauer vom Bernstein Zentrum München, hat nun ein mathematisches Modell entwickelt, mit dem sich horizontale Blickbewegungen genau vorhersagen lassen. Neben dem jeweiligen Anteil von Auge und Kopf an der Bewegung können die Forscher auch deren Dauer und Beschleunigung vorhersagen.
Die Forscher berücksichtigten – anders als die meisten früheren Modelle – die Bewegung von Augen und Kopf zum Blickziel sowie die Gegenbewegung der Augen, sobald der Blick das Ziel erreicht hat, der Kopf sich aber noch dreht. „Je länger die Bewegung dauert, desto mehr summieren sich kleine Störungen auf “, erklärt Glasauer. „Je schneller aber die Bewegung ist, desto mehr Fehler entstehen durch Beschleunigung und große Muskelkräfte.“
Auf Grundlage dieser Informationen berechneten die Münchner Forscher Augen- und Kopfbewegungen und ermittelten dann die Kombination, die zu den geringsten Störungen führt. Diese Bewegung stimmte mit der überein, die Probanden im Experiment nicht nur unter natürlichen Bedingungen wählten, sondern auch, wenn die Kopfbewegung durch ein künstlich erhöhtes Trägheitsmoment verändert wurde.
Bald Roboter mit menschenähnlichen Vorgehensweisen?
Die Erkenntnisse könnten helfen, Robotern möglichst menschenähnliche Vorgehensweisen beizubringen und dadurch in Zukunft auch die Zusammenarbeit mit Service-Robotern zu erleichtern. Auch für die Konstruktion „intelligenter“ Prothesen ist die Studie möglicherweise hilfreich. Die Prothese könnte dem Träger die Bewegungsmöglichkeiten anbieten, die den menschlichen am nächsten kommen.
Im nächsten Schritt möchten Glasauer und Kollegen dreidimensionale Augen-Kopf-Bewegungen untersuchen und das Erlernen und Anpassen einfacher Bewegungen besser verstehen. (Journal of Neuroscience, 2011)
(Nationales Bernstein Netzwerk Computational Neuroscience, 15.11.2011 – DLO)
