Die Bedeutung der Efferenzkopie für das motorische Lernen

Abstract

Efferenzen sind vom Gehirn erzeugte Nervensignale an die Muskulatur. In aktuellen Theorien zur motorischen Kontrolle und zum motorischen Lernen wird angenommen, dass eine Kopie der Efferenzen dazu dient, die Bewegungen, die durch die Aktivierung der Muskulatur bewirkt werden, schon zu einem frühen Zeitpunkt zu antizipieren. Gleichzeitig wird es dadurch möglich, auf der Grundlage der Efferenzkopie und dem Umweltzustand in einem Vorwärtsmodell eine Vorhersage über die Effekte der Bewegung in der Umwelt zu erzeugen. Soweit die Theorie.

Die empirische Überprüfung dieser Annahme erweist sich als schwierig. Um die Bedeutung der Efferenzkopie für die motorische Kontrolle und das motorische Lernen zu untersuchen, müssten andere Informationsquellen über das Bewegungsergebnis ausgeschaltet oder zumindest kontrolliert werden können. Jede Bewegung ist aber mit propriozeptiven Reafferenzen verbunden, die experimentell nur schwer zu kontrollieren sind. Die Methode der Wahl ist daher die Computersimulation.

Dieser Weg wird hier beschritten. Der erste Abschnitt besteht aus einem theoretischen Teil, in dem die Bedeutung der Efferenzkopie in verschiedenen Theorien über die Motorik beleuchtet wird. Im Hauptteil der Arbeit wird die Simulation des impliziten Lernens einer Spurverfolgungsaufgabe beschrieben. Ein aus einem Vorwärtsmodell und einem inversen Modell bestehendes Gesamtmodell wird durch zwei rekurrente künstliche neuronale Netzwerke implementiert. Variiert wird dabei die Verarbeitungszeit für die Efferenzkopie, von 0 bis zu 150 Millisekunden in sechs Schritten von jeweils 30 Millisekunden.

Erwartet wird, dass die Lernrate für Simulationen mit kürzeren Verarbeitungszeiten für die Efferenzkopie größer ist als für Modelle, in denen die Efferenzkopie langsamer verarbeitet wird. Diese Erwartungen werden in der Simulation bestätigt. Damit ist nachgewiesen, dass in der Simulation die Efferenzkopie einen Einfluss besitzt.

Das Verhalten des Gesamtmodells ähnelt dem Verhalten von Versuchspersonen bei der selben Aufgabe. Die Simulationsergebnisse lassen in Verbindung mit den theoretischen Überlegungen einen Rückschluss auf menschliches Bewegungslernen zu. Jedoch sticht kein Lernverhalten eines der sechs der verschiedenen Simulationbedingungen durch besonders große Ähnlichkeit zum Lernen der Versuchspersonen hervor. Daher können auf Grundlage der durchgeführten Simulation keine Schlüsse auf die Dauer der Verarbeitungszeit der Efferenzkopie im menschlichen Gehirn gezogen werden.