Forschung 17.05.2002, 17:34 Uhr

Hilfe, wo bin ich?

Am Max-Planck-Institut für biologische Kybernetik in Tübingen haben Psychologen, Biologen und Informatiker virtuelle Welten aufgebaut, in denen sich ihre menschlichen Versuchskaninchen auf recht unterhaltsame Art verirren können. Das Ganze dient der Erforschung höherer Sinnesleistungen wie z.?B. der Orientierung

Die Szenerie ist vertraut, die Position ungewohnt: Statt auf meinem alten Hercules-Sportrad fahre ich heute auf einem Liegerad über den Tübinger Marktplatz. Steil geht“s die Marktgasse hinunter, scharfe Linkskurve, dann am Löwen-Kino vorbei und immer geradeaus – bis ich plötzlich kurz hinter der „Krummen Brücke“ vor einer Mauer stehe. „Tja, hier ist leider die Welt zu Ende“, kommentiert trocken Dr. Markus von der Heyde.
Der 29-jährige Informatiker muss es wissen. Er hat das „virtuelle Tübingen“ aufgebaut – aber nicht alleine. Seit 1994 basteln Wissenschaftler des Tübinger Max-Planck-Instituts unter der Federführung ihres Direktors Prof. Heinrich Bülthoff an der kunstreichen Kopie ihrer Stadt.
Mehr als ein Dutzend Straßen und über 150 Häuser haben sie im Computer dreidimensional nachgebildet, die Fassaden mit Hilfe von Farbfotos realistisch verkleidet. Einer von ihnen, Hanspeter Mallot, ist in der Zwischenzeit Professor geworden: Er sitzt auf dem Lehrstuhl für Kognitive Neurowissenschaften an der örtlichen Universität.
Ich aber strampele gerade in halb-liegender, halb-sitzender Position die Hirschgasse hinauf. Geht das schwer! „Tja, wir simulieren ja auch, dass Sie 80 kg wiegen und im dritten Gang fahren“, klärt mich von der Heyde auf. Und fordert mich auf, in Richtung des Rathauses zu zeigen, das ich von hier aus noch nicht sehen kann. Als langjährige Tübingerin treffe ich die Richtung ziemlich genau – schließlich ist das Rathaus eine „Landmarke“, die ich zur Orientierung nutze. Wie fast alle Versuchspersonen, die vor mir auf diesem Liegerad gefahren sind.
Gefahren? Das Rad bewegt sich keinen Zentimeter von der Stelle. Es steht in einem leeren Laborraum vor einer Art Kinoleinwand: Der Betrachter blickt in einen Halbzylinder von 7 m Durchmesser. Auf diese weiße Wand werden drei bewegte Bilder projiziert, computerkorrigiert, so dass die Ränder sanft verschmelzen.
Das genügt, um für den „Radler“ die Illusion einer Stadt zu erzeugen, in der er sich intuitiv bewegen kann. Richtungsänderungen braucht er nur durch Neigen des Körpers anzudeuten, schon simuliert ihm das System eine Kurvenfahrt.
Die Doktoranden, die hier Versuche zum menschlichen Orientierungsverhalten machen, können verschiedene künstliche Städte projizieren. Eine heißt „Hexatown“: ein recht abstraktes Gebilde, in dem es keine Kreuzungen, sondern nur Weggabelungen von genau 120 Grad gibt. „Links oder rechts?“, heißt es also für die Probanden, „geradeaus“ gibt es nicht in Hexatown. Die Max-Planck-Forscherin Dr. Sibylle Steck hat mit diesem experimentellen Aufbauten geprüft, ob wir uns eher an „globalen Landmarken“ – also etwa einem Turm in der Ferne – oder an „lokalen Landmarken“ wie Bäckerei-Auslagen oder Schildern orientieren.
Stecks Ergebnis: Manche bevorzugen die eine, manche die andere Strategie, eine dritte Gruppe setzt immer beide ein. Nimmt man den Versuchspersonen jedoch eine Art der Information weg – es ist z.?B. Nacht, der Turm nicht zu sehen – dann nutzen alle die verbliebenen Marken, in diesem Fall die lokalen.
„Wir stellen immer wieder fest, dass der Mensch eine große Variabilität seiner Strategien zeigt“, sagt Bülthoff. „Wir passen uns an die Bedingungen an, die unsere jeweilige Umgebung zur Verfügung stellt.“ Weitere Versuche haben gezeigt, dass unser inneres Bild der Umgebung – und sei es die gewohnte Stadt – ständig korrigiert und auf den neuesten Stand gebracht wird. Selbst wenn die virtuellen Manipulatoren Häuser vertauschen oder Straßenverläufe verzerren, gewöhnt sich die typische Versuchsperson in einer halben Stunde an die Veränderung.
„Wenn wir uns in gewohnter Umgebung bewegen“, so ergänzt Markus von der Heyde, „tun wir noch etwas anderes völlig unbewusst in jedem Augenblick: Wir korrigieren unsere eigene Position im Raum.“ „Spacial Updating“ lautet der Fachbegriff für diese Fähigkeit, die der Wissenschaftler jederzeit in seinem Büro demonstrieren kann.
Er schließt die Augen, macht eine halbe Drehung mit dem Bürostuhl: „Da ist die Tür. Da ist die Uhr.“ Das ist wirklich keine Kunst. Dann fordert er mich auf, das Gleiche zu tun, aber mit einer entscheidenden Variante: „Versuchen Sie, Ihre Drehung zu ignorieren. Zeigen Sie mir die Uhr, als hätten Sie sich nicht gedreht!“ Das klappt nicht. Überhaupt nicht. „Sehen Sie, hier ist ein starker Automatismus am Werk“, sagt der Wissenschaftler triumphierend. Den versucht er nun auf verschiedenste Art im Labor auszutricksen, um mehr über die vermutlich zugrunde liegenden Nervenverschaltungen zu erfahren.
Schauplatzwechsel: Das „Motion Lab“, das Bewegungslabor, ist das Werk von der Heydes. Man kann es sich als eine Art Mini-Kino auf Stelzen vorstellen. Eine Kabine mit kleiner Projektionswand, insgesamt nicht viel größer als der Innenraum eines Mittelklassewagens, ist auf eine Plattform montiert. Die Plattform kann dank sechs elektrisch bewegter metallischer „Beine“ in sechs Freiheitsgraden schwanken: rauf – runter, links – rechts, vorne – hinten und um drei Rotationsachsen. Versuchspersonen, die auf dem Autositz in der Kabine Platz nehmen, um sich visuell und vestibulär („körpersinnlich“) stimulieren zu lassen, sollten einen stabilen Magen mitbringen. Denn unser Gleichgewichtsorgan im Ohr ist sehr empfindlich!
„Schnallen Sie sich an!“, sagt Markus von der Heyde, nachdem ich auf dem Autositz Platz genommen habe. Dann drückt er mir eine Konsole mit Joystick in die Hand. Damit kann ich nun ein imaginäres Auto durch eine virtuelle Landschaft steuern, die der Biokybernetiker auf die Leinwand vor meinen Augen zaubert. Eine Weile fühle ich mich in die Fahrschule zurückversetzt, bremse viel zu abrupt oder pflüge beim Abbiegen durch die Wiese am Straßenrand. „Wie ist das Fahrgefühl?“, fragt der Experimentator. „Bisschen schlecht gefedert, das Auto“, murmele ich.
Dann stellt von der Heyde die Plattform ab. Stattdessen bewegt er, wie er mir erklärt, von seinem Computer aus ein Panoramafoto des Tübinger Marktplatzes um mich herum. Mal stehe ich – pardon, ich sitze ja – mit dem Rücken zum Rathaus und blicke auf das Café Pfuderer. Dann wieder habe ich den Marktbrunnen im Blick und das Decora-Fachgeschäft im Rücken. Keine Frage: Ich kann mich prima orientieren, obwohl mein Körper die simulierten Bewegungen nicht mitgemacht hat. Nur einer registriert den Konflikt zwischen Sehwelt und Fühlwelt auf unangenehme Weise: mein Magen.
„Je älter Sie werden, desto schlimmer wird es“, kommentiert Bülthoff meine Erfahrung. Der 51-jährige Biologe, der auf eine lange Forscherkarriere als Biokybernetiker zurückblickt, traut sich selbst kaum noch in den Bewegungssimulator hinein. Trotzdem findet er es ungeheuer spannend, „das Zusammenspiel der verschiedenen Sinnes-
kanäle beim Menschen zu studieren.“
Sehen und Fühlen beispielsweise: „Wie passt sich das System Auge an die haptische Erfahrung an, also an das, was wir mit unseren Händen spüren?“ Nicht umsonst würden wir ja vom „Begreifen“ sprechen, meint Bülthoff: „Mit Augen und Händen begreifen wir die Welt.“ JUDITH RAUCH
www.kyb.tuebingen.mpg.de/de
Psychophysik
„Die Wahrnehmungsforschung hat in Deutschland eine lange Tradition“, sagt der Tübinger Biokybernetiker Heinrich Bülthoff stolz. Bereits im 19. Jahrhundert hätten Wissenschaftler wie Hermann von Helmholtz, Ernst Heinrich Weber und Gustav Theodor Fechner versucht, „mit Verhaltensexperimenten etwas über das Gehirn des Menschen auszusagen“. Den Begriff, den sie benutzten, Psychophysik, haben Bülthoff und seine Mitarbeiter am Max-Planck-Institut für biologische Kybernetik wiederbelebt. Auch die Biokybernetik analysiert abstrakt-mathematisch das „geschlossene System“ eines wahrnehmenden und handelnden Organismus. Bülthoff: „Wir müssen nicht ins Gehirn hineinschauen, wir müssen keine Physiologie betreiben, um unsere Schlüsse über die Funktion des Systems zu ziehen.“
Lange Zeit wurde in dem Institut, an dem er heute Direktor ist, an Fliegen geforscht. Doch vor acht Jahren beschloss eine Kommission, dass es Zeit sei, sich den Primaten (Menschen und Affen) und ihren höheren Sinnesfunktionen zuzuwenden. Dank der Fortschritte der Informationstechnik, insbesondere der Bildverarbeitung, lassen sich heute komplexe experimentelle Welten modellieren. Diese virtuellen Welten sind der natürlichen Erfahrungswelt des Menschen ähnlich genug, um gültige Aussagen über unsere Wahrnehmung zu treffen. Eine mögliche technische Anwendung liegt im Bau besserer Flug- und Fahrsimulatoren. jr

Von Jr
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