Wissenschaftler haben erklärt, warum sich die Pupillen bei Überraschung erweitern
Die Erweiterung der Pupillen bei einem unerwarteten Ereignis kann ein äußeres Anzeichen dafür sein, dass das Gehirn bisherige Erwartungen revidiert und in einen neuen Modus der Informationsverarbeitung wechselt. Zu diesem Schluss kamen Forscher der Brown-Universität, die die Reaktion von Menschen auf unvorhersehbare Veränderungen untersuchten.
Die Studie wurde in der Fachzeitschrift „Nature Human Behaviour“ veröffentlicht.
An dem Experiment nahmen 63 Personen teil. Ihnen wurden auf einem Bildschirm farbige Quadrate gezeigt, und sie wurden gebeten, vorherzusagen, welche Farbe als Nächstes erscheinen würde. Anschließend gaben die Teilnehmer an, was sie gesehen hatten, und gaben eine neue Vorhersage ab.
Während der Aufgabe maßen die Wissenschaftler den Durchmesser der Pupillen und zeichneten die elektrische Aktivität des Gehirns mittels Elektroenzephalografie auf. Für die abschließende Analyse konnten 60 Datensätze zu den Pupillenreaktionen und 57 EEG-Aufzeichnungen gewonnen werden.
Wenn die Farbe nicht mit der Vorhersage übereinstimmte, weiteten sich die Pupillen der Teilnehmer. Gleichzeitig verstärkte sich eine bestimmte Komponente der Gehirnaktivität – P3a –, die zuvor mit der Aufmerksamkeitsreaktion auf neue und unerwartete Ereignisse in Verbindung gebracht worden war.
Details
Das Experiment zeigte, dass die Probanden die erwarteten Farben mit einer gewissen Verzerrung wahrnahmen: Das Gesehene erschien ihnen näher an dem, was sie erwartet hatten.
Nach einem unerwarteten Ergebnis nahm der Einfluss früherer Erwartungen ab. Die Teilnehmer bewerteten neue Informationen genauer und passten ihre nachfolgenden Vorhersagen unter Berücksichtigung der veränderten Situation an.
Die Forscher gehen davon aus, dass ein kurzzeitiger Anstieg der physiologischen Erregung dem Gehirn hilft zu erkennen, dass das bisherige Modell der Geschehnisse nicht mehr funktioniert und aktualisiert werden muss. Die Erweiterung der Pupillen ist dabei eines der äußeren Anzeichen für eine solche Umstrukturierung.
Die Autoren vergleichen die Reaktion auf Unerwartetes mit einer Art Aktualisierungsmechanismus. Das Gehirn schwächt vorübergehend den Einfluss des alten Kontexts ab, damit neue Informationen nicht ausschließlich anhand früherer Vorstellungen bewertet werden.
Dies kann gleichzeitig Wahrnehmungsfehler verringern und dem Menschen helfen, unter veränderten Bedingungen schneller zu lernen. Besonders nützlich erweist sich ein solcher Mechanismus in Situationen, in denen sich die Umgebung plötzlich anders verhält als zuvor.
Den Forschern zufolge zeigen Veränderungen der Pupillengröße den Moment an, in dem das Gehirn wahrscheinlich den neuen Kontext „lädt“ und seine Prognosen neu ausrichtet.
Unerwartete Ereignisse werden mit der Aktivität des „blauen Flecks“ in Verbindung gebracht – einem kleinen Bereich im Hirnstamm, der als eine der Hauptquellen für Noradrenalin dient. Dieser Neurotransmitter ist an der Regulierung von Wachheit, Aufmerksamkeit und der Reaktion auf bedeutende Veränderungen beteiligt.
In dem neuen Experiment haben die Wissenschaftler jedoch weder den Noradrenalinausstoß noch die Aktivität des „blauen Flecks“ direkt gemessen. Die Pupillengröße und die EEG-Werte wurden als indirekte physiologische Marker des Erregungssystems herangezogen.
Die Autoren weisen ausdrücklich darauf hin, dass die Pupillenerweiterung unspezifisch ist und verschiedene Ursachen haben kann. Daher basieren die Schlussfolgerungen nicht auf einem einzelnen Indikator, sondern auf einer Kombination von Daten zu den Pupillen, der Gehirnaktivität und dem Verhalten der Teilnehmer.
Warum dies wichtig ist
Die Ergebnisse tragen dazu bei, zu erklären, warum der Organismus eine schnelle physiologische Reaktion auf Überraschung benötigt. Diese Reaktion begleitet möglicherweise nicht nur einen emotionalen Zustand, sondern spiegelt auch den Übergang des Gehirns zu einer flexibleren Informationsverarbeitung wider.
Allerdings wurde die Studie unter Laborbedingungen durchgeführt: Die Teilnehmer arbeiteten mit Farben auf einem Bildschirm. Derzeit lässt sich noch nicht mit Sicherheit behaupten, dass derselbe Mechanismus die Reaktion auf komplexe Lebensereignisse, Gefahren oder emotionale Nachrichten vollständig erklärt.
Zudem hat die Studie zwar einen Zusammenhang zwischen physiologischen Signalen und Verhaltensänderungen aufgezeigt, jedoch nicht bewiesen, dass die Pupillenerweiterung an sich das Gehirn dazu veranlasst, sich umzustellen.
Quelle
Studie: Tiantian Li, Harrison Marble et al. Fluctuations in arousal reflect latent state transitions that facilitate behavioural optimization.
Zeitschrift: Nature Human Behaviour, 2026.