Wie nehmen Babys die Welt wahr?

Heather Kosakowski hält einen Säugling, der in einem fMRI-Gerät am McGovern Institute for Brain Research gescannt werden soll.

Heather Kosakowski hält einen Säugling, der in einem fMRI-Gerät am McGovern Institute for Brain Research gescannt werden soll.CAITLIN CUNNINGHAM

Es ist das dritte Mal, dass Ursula im funktionellen MRT-Gerät sitzt. Heather Kosakowski, eine Doktorandin in kognitiven Neurowissenschaften, hofft, nur zwei wertvolle Minuten an Daten aus ihrer Sitzung zu erhalten. Obwohl Ursula gebucht wurde, um ihr Gehirn zwei Stunden lang scannen zu lassen, ist es alles andere als sicher. Ihre ersten beiden Sitzungen, ebenfalls jeweils für zwei Stunden gebucht, ergaben zusammen nur acht Minuten brauchbares Material.

Die Aufgabe grenzt an das Unmögliche. Kosakowski braucht Ursula, um sowohl wach zu bleiben, projizierte Bilder von Gesichtern und Szenen zu beobachten, als auch sehr still zu bleiben, idealerweise für Sekunden oder sogar Minuten am Stück. Jedes Zucken und Wackeln verwischt den MRT-Scan, verschleiert das Bild und macht es unbrauchbar. Aber Ursula neigt dazu, sich zu winden und dann unweigerlich einzuschlafen – genau das, was man von einem sechs Monate alten Baby erwarten würde.



Das Scannen des Gehirns von Säuglingen im Wachzustand ist unglaublich schwierig und zeitaufwändig, und es besteht immer das Risiko, dass eine Sitzung überhaupt keine Daten liefert. Ein motivierter Erwachsener ist in der Lage, zwei Stunden vollkommen still zu bleiben, was zu Gehirnbildern führt, die sich wie ein offenes Buch lesen. Ursulas Sitzungen ähneln eher einem Buch, das zerrissen und in einen Fluss geworfen wurde. Kosakowski, die gemeinsam von den Professorinnen für kognitive Neurowissenschaften Nancy Kanwisher ’80, Ph.D.

Heather ist wahrscheinlich die erfahrenste Person, die heute lebt, um qualitativ hochwertige funktionelle MRT-Daten von menschlichen Säuglingen zu erhalten, sagt Kanwisher, der Walter A. Rosenblith-Professor für kognitive Neurowissenschaften.

Wenn Kosakowski nicht die zwei Minuten an Standbildern bekommt, die sie braucht, war es möglich, dass Ursulas zwei vorherige Besuche umsonst waren. Aber wenn sie einen klaren fMRI-Messwert erhalten kann, wird sie der Beantwortung einer der tiefgreifendsten Fragen der modernen Neurowissenschaften einen Schritt näher kommen: Was sind die physikalischen Grundlagen des menschlichen Geistes?

Ein ferner Traum

Kosakowski ist kein Unbekannter darin, Hindernisse zu überwinden. Ihre Kindheit war von einer Art Instabilität geprägt, die jede Art von höherer Bildung unerreichbar erscheinen ließ. Ihr Vater war beim Militär, daher zog ihre Familie viel um. Dann ließen sich ihre Eltern scheiden, und die Schwierigkeiten vervielfachten sich. Als sie ungefähr sieben Jahre alt war, zogen sie und ihre Mutter in ein Obdachlosenheim, und mit elf kam Kosakowski in eine Pflegefamilie im Westen von Massachusetts. Einen Bachelor-Abschluss zu haben, war schon immer mein Traum, sagt sie, aber ihren ersten Versuch am College bezeichnet sie als kläglichen Misserfolg.

Kosakowski mit Baby Ursula nach ihrem fMRT-Scan.

Rachel Fritts

Ich brach ab, ich war obdachlos und hatte keinen Job, und dann habe ich mein Auto zu Schrott gefahren und mir gedacht, was mache ich mit meinem Leben? sie erinnert sich. Sie beschloss, dem Marine Corps beizutreten, hoffte aber, dass sie eines Tages eine zweite Chance am College bekommen würde.

Nach mehreren Jahren beim Militär verließ Kosakowski die Marines und kehrte nach Massachusetts zurück, wo er sich in Teilzeit am Massachusetts Bay Community College einschrieb. Vielleicht, dachte sie, war ein Bachelor-Abschluss doch nicht so weit entfernt. Sie nahm das Smith College ins Visier, wo sie zugelassen wurde. Aber ungefähr zu der Zeit, als sie diese Nachricht erhielt, erhielt sie auch eine andere: Sie war schwanger.

Kosakowski ging in diesem Herbst nirgendwo aufs College, aber ihr Lerneifer blieb bestehen. Ihre natürliche Neugier fand ein Ventil in ihrem Baby Hannah, das im Oktober geboren wurde. Sie beobachtete, wie Hannah im Frühjahr zum ersten Mal Gras erlebte, und freute sich darüber, wie sie auf dieses seltsame neue Material reagierte, das den Boden bedeckte. Während Hannah ihre Umgebung erkundete, fragte sich Kosakowski immer wieder, wie die Dinge aus ihrer Perspektive aussahen. Was erlebte sie? Wie nahm sie die Welt um sich herum wahr?

Als Hannah zwei Jahre alt war, bekam Kosakowski einen Job bei einer gemeinnützigen Organisation, die daran arbeitete, die Forschung zu Multipler Sklerose zu beschleunigen, und gab ihr die Gelegenheit, an einer neurowissenschaftlichen Konferenz teilzunehmen. Danach war ich irgendwie süchtig, sagt sie. Ich dachte, okay, das, was ich wirklich tun möchte, ist Forschung, und um Forschung zu betreiben, brauche ich einen Abschluss. Ich muss zurück zur Schule.

Kosakowski wurde am Wellesley College aufgenommen – einer Schule, die sie Jahre zuvor abgeschrieben hatte, weil sie so wettbewerbsintensiv war. Sie war fasziniert von Neurowissenschaften und löcherte ihre Professoren mit Fragen, bis einer sagte: Heather, auf manche Fragen, die du stellst, weiß niemand die Antwort. Sie sollten promovieren.

Ich scannte einfach weiter

Gerade als Kosakowski ihren Abschluss in Wellesley machte, suchte Saxe nach einem Manager für ihr Labor, das zufällig eines der wenigen Labore der Welt war, das Babys im Wachzustand in MRTs untersuchte – und folglich eines der einzigen, das Kosakowskis Fragen beantworten konnte über die Natur der kindlichen Kognition. Sie hat sich auf die Stelle beworben und sie bekommen.

Als ihre Pflegeschwester ein Baby bekam, ging Kosakowski zu Saxe und fragte, ob sie lernen könnte, wie man das fMRI verwendet, um das Gehirn des Säuglings zu scannen. „Ich glaube, sie dachte, ich würde einfach meine Nichte scannen und fertig“, sagt Kosakowski. Aber ich scannte einfach weiter, und sie sagte mir nie, ich solle aufhören. Saxe, beeindruckt von Kosakowskis Arbeit und Entschlossenheit, erklärte sich bereit, sie als Doktorandin einzustellen. 2017 kündigte sie ihren Job als Laborleiterin und begann ihr erstes Semester als Doktorandin am MIT.

Kanwisher erinnert sich noch gut an das erste Mal, als sie sah, wie Kosakowski ein Baby im MRT scannte. Sie überlegte, mit Kosakowski und Saxe an ihrer Säuglingsstudie zu arbeiten, war aber zunächst sehr skeptisch. Dieses Kind quietscht wie verrückt. Die Mutter ist nervös. Das Ganze ist stressig. Und das geht weiter und weiter und Heather gibt nicht auf, sagt sie. Dann – Bumm. Die Wolken teilen sich, das Kind lächelt, Heather steckt das Kind in den MRT-Scanner und eine Minute später scannt sie wunderschöne Daten. Allein die Beharrlichkeit, das Können, ist spektakulär.

Kosakowskis aktuelle Studie konzentriert sich darauf, wie das Gehirn von Babys im Alter von zwei bis neun Monaten auf kurze Videos von Gesichtern oder Körpern reagiert – und wie sich das von ihrer Reaktion auf Szenen ohne Menschen unterscheidet. Sie ist die erste, die Hinweise auf eine solche Spezialisierung bei Kindern unter fünf Jahren findet. Die Informationen, nach denen sie sucht, können nur mit fMRI gemessen werden. Mit der Magnetresonanztomographie können Forscher hochauflösende Bilder von Querschnitten des Gehirns machen. Die funktionelle MRT fügt eine weitere Ebene hinzu, indem sie Bilder des Gehirns aufzeichnet Aktivität in Echtzeit. Wenn Neuronen in einem Abschnitt des Gehirns besonders aktiv sind, erhöht sich der Blutfluss, um diese Region zu versorgen. Dies zeigt sich als heller Fleck auf fMRI-Scans.

Forscher verwenden fMRT seit Jahrzehnten, um nachzuweisen, dass Teile des erwachsenen Gehirns für bestimmte Aufgaben hochspezialisiert sind, und um genau zu bestimmen, welche Bereiche auf welche Funktionen spezialisiert sind. Der Geist und das Gehirn haben all diese Struktur. Wir sind nicht nur allgemein schlau. Wir sind auf ganz bestimmte Weise klug in Bezug auf ganz bestimmte Dinge, die Menschen tun, sagt Kanwisher. Wenn Sie sich die Struktur ansehen, sehen Sie diese Gruppe von Dutzenden von Regionen des Gehirns, von denen jede eine sehr charakteristische, andere Sache macht … Es ist unmöglich, sich das anzusehen und sich nicht zu fragen: „Wie wurde diese Struktur verkabelt?“

Wenn Erwachsene zum Beispiel Gesichter betrachten, leuchtet ein Teil des Gehirns auf, der als fusiform face area oder FFA bezeichnet wird. Mit anderen Worten, wenn Forscher Erwachsene in MRT-Geräte stecken und ihnen Bilder von Gesichtern und Objekten zeigen, reagiert die FFA nur auf Gesichter. Der Parahippocampal Place Area (PPA) hingegen reagiert am stärksten auf Szenendarstellungen. Kanwisher selbst benannte die FFA, nachdem sie das Team geleitet hatte, das sie 1997 entdeckte, und sie leitete 1998 die Bemühungen, die PPA zu lokalisieren und zu beschreiben. Sie und ihre Kollegen entdeckten auch den Gehirnabschnitt, der als Extrastriate Body Area (EBA) bekannt ist und reagiert stark auf Bilder von Körperteilen, im Jahr 2001.

[Heather] scannt die jüngsten wachen Menschen, die jeder scannen kann, und fragt, welche Struktur sich innerhalb weniger Monate nach der Geburt im Gehirn befindet, sagt Kanwisher. Und das ist nur eine der spannendsten Fragen in der Psychologie, den Neurowissenschaften und der Tiefenphilosophie: Was ist die Struktur unseres Geistes und woher kommt er?

Vorläufige Ergebnisse von Kosakowskis Studie liefern einige der stärksten Beweise dafür, dass einige Funktionen unseres Gehirns eher angeboren als erlernt sind. Babys haben auch selektive Reaktionen auf Gesichter, Körper und Szenen in der FFA, EBA und PPA, sagt Kosakowski. Das hat noch nie jemand gefunden. Und es war absolut nicht zu erwarten, dass wir das finden würden.

Gehirnscans Säugling

In diesen Gehirnscans, die von einem Säugling aufgenommen wurden, der sich Videos von Gesichtern und Szenen ansieht, zeigen Rot und Gelb Aktivitäten im Zusammenhang mit dem Betrachten von Gesichtern und Blau zeigt Aktivitäten im Zusammenhang mit Szenen.

HEATHER KOSAKOWSKI

Die Covid-19-Pandemie hat jedoch ihre eigenen Herausforderungen mit sich gebracht. Die fMRT-Sitzungen mussten unterbrochen werden, und sie hat einen Großteil des letzten Jahres damit verbracht, ihre Daten zu Hause zu analysieren. Covid-19 hat mich stark beeinflusst, da ich Vollzeit von zu Hause aus arbeite und auch alleinerziehend bin – genauso wie es viele Familien mit Kindern beeinflusst hat, sagt Kosakowski. Sie hofft, vor ihrem Abschluss im Mai 2022 die Möglichkeit zu haben, weitere Säuglinge zu scannen, um ihre auditive Verarbeitung zu untersuchen. Aber Ursulas Sitzung Ende 2019 war eine ihrer letzten Chancen, wertvolle Daten für ihre Dissertation zu erhalten.

In dieser Sitzung war Ursula im Scanner eingeschlafen, aber Kosakowski war am Ende in bester Laune. Sie war sich ziemlich sicher, dass sie es geschafft hatte, die Daten zu bekommen – und sie würde später bestätigen, dass sie Recht hatte. Als Ursulas Mutter ging, um MRT-freundliche Kittel auszuziehen, hob Kosakowski das groggy Baby hoch und hielt es, während sie vor einem Computer saß. Der unerschütterliche Doktorand hat eine unheimliche Fähigkeit, Babys glücklich und entspannt zu halten – eine Fähigkeit, die Ihnen kein PhD-Programm beibringen wird, aber eine, die von unschätzbarem Wert ist, wenn jede zusätzliche Sekunde sauberer Daten hilft.

Schließlich rief sie das Bild auf, nach dem sie gesucht hatte, und deutete auf den Bildschirm, während Ursulas Blick ihrem Finger folgte. Eines Tages werden wir dank ihrer gemeinsamen Bemühungen vielleicht besser verstehen, wie Ursula das Bild vor ihr wahrgenommen hat. Suchen! sagte Kosakowski dem Baby in ihren Armen. Das ist dein Gehirn!

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