Augenbewegungen: Das visuelle System hat einen Plan

Ein Team um Professor Constantin Rothkopf am Centre for Cognitive Science der TU Darmstadt hat in einer Studie gezeigt, dass Menschen ihre Augenbewegung unbewusst mehrere Schritte voraus planen können.

Die im Journal „Scientific Reports“ veröffentlichte Studie benutzt Methoden der künstlichen Intelligenz, um das menschliche Planungsverhalten zu untersuchen. Die Ergebnisse sind nach Einschätzung der Forscher relevant für das Verständnis der Informationsverarbeitung des menschlichen Gehirns.

Investitionen in eine Firma tätigen, eine Reiseroute aussuchen oder eine Partie Schach spielen – immer müssen wir die einzelnen Schritte so planen, dass wir unser Ziel erreichen. Dabei kann es allerdings sein, dass wir uns kurzfristig von unserem Ziel entfernen: Zuerst muss Geld investiert werden, bevor wir erste Einnahmen verbuchen können, manchmal muss eine Schachfigur geopfert werden, um den gegnerischen König matt zu setzen, oder wir müssen einen Umweg fahren, weil dieser schneller zum Reiseziel führt.

Auch der unbewusste Ablauf von Augenbewegungen verläuft geplant
Im Bereich der künstlichen Intelligenz wird der Vorgang, in der Zukunft liegende Konsequenzen von Handlungen in Entscheidungen miteinzubeziehen, als Planen bezeichnet. Planen ist dabei immer mit einem hohen Rechenaufwand verbunden, da viele mögliche zukünftige Entwicklungen mitberücksichtigt werden müssen. Einfacher wäre es daher, nur die direkten Konsequenzen der jeweils nächsten Handlung zu berücksichtigen, also nicht zu planen. Aber im Allgemeinen kann dieses kurzsichtige Agieren dazu führen, dass wir unser Ziel nicht erreichen. Inwieweit Menschen zukünftige Belohnungen bei Entscheidungen berücksichtigen, kann demnach langfristig einen großen Einfluss auf ihr Verhalten haben.

Nun ist es Forscherinnen und Forschern am Centre for Cognitive Science der TU Darmstadt gelungen zu zeigen, dass auch der unbewusste Ablauf von Augenbewegungen geplant verläuft. Dazu untersuchten sie Augenbewegungen – Sakkaden – von Probanden. Diese sollten erkennen, ob eine begrenzte Fläche am Bildschirm einen schwarzen Punkt enthielt. Für diese Aufgabe stand unterschiedlich viel Zeit zur Verfügung, so dass die Teilnehmerinnen und Teilnehmer nur eine oder zwei Augenbewegungen ausführen konnten, um die Fläche zu erfassen. Es zeigte sich: Wenn nur eine Augenbewegung möglich war, fixierten die Probandinnen und Probanden einen Endpunkt, der eine möglichst große Abdeckung der Fläche mit einem einzelnen Blick ermöglichte. Stand jedoch Zeit für zwei Sakkaden zur Verfügung, sah das anders aus: Die Probanden wählten unwillkürlich direkt einen anderen ersten Schritt für ihre Augenbewegungen, der schlechter für das Auffinden des schwarzen Punktes mit einer einzelnen Augenbewegung gewesen wäre. Zusammen mit der zweiten Augenbewegung ließ sich allerdings so das Suchergebnis insgesamt optimieren.

Das visuelle System berücksichtigt zukünftige Ereignisse
Die aufgezeichneten Augenbewegungen der Probanden standen dabei im Einklang mit einem Modell der künstlichen Intelligenz, das ein geplantes Vorgehen beschreibt. Sie passten jedoch nicht zu Modellen, die im Forschungsfeld der visuellen Wahrnehmung vielfach angewendet werden und die keine Planung der Augenbewegungen beinhalten.

Die Untersuchung liefert einen Beleg für eine bedeutsame Komponente in der menschlichen Informationsverarbeitung: Das visuelle System berücksichtigt zukünftige Ereignisse beim Lösen von Aufgaben, die mehrere Schritte benötigen. Es „plant“. Das Ergebnis ist nicht nur relevant für unser Verständnis menschlicher Blickbewegungen, da wir meist dreimal pro Sekunde unsere Blickrichtung wechseln, sondern darüber hinaus auch für unser Verständnis der Informationsverarbeitung bei Entscheidungsvorgängen im Gehirn: Obwohl wir bewusstes Planen wie beim Schachspielen, der Planung einer Reise oder der bei der Entwicklung einer Investitionsstrategie als schwierig wahrnehmen – und dabei immer wieder Fehler machen –, planen unsere Augen nahezu optimal.

Originalpublikation:
David Hoppe & Constantin A. Rothkopf. Multi-step planning of eye movements in visual search. Scientific Reports, volume 9, Article number: 144 (2019)
https://doi.org/10.1038/s41598-018-37536-0
https://www.nature.com/articles/s41598-018-37536-0

Quelle: TU Darmstadt