Hirnzellen von Affen bilden Mengen ab

21. März 2007, 16:57
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Viele Tiere haben die Fähigkeit, die Größe einer Menge zu schätzen

Wien - Affen haben - wie viele Tierarten und menschliche Säuglinge - die Fähigkeit, die Größe von Mengen zu schätzen. Wo und wie Mengen im Gehirn von Affen verarbeitet werden, untersuchen Wissenschafter von der Universität Tübingen in Deutschland. Wie Dr. Andreas Nieder auf dem Forum der europäischen Hirnforscher (bis 12. Juli) in Wien am Montag berichtete, sind einzelne Nervenzellen im Gehirn der Tiere auf die Erkennung bestimmter Mengen quasi "geeicht". Diese Zellen bilden Mengen entsprechend ihrer Größe geordnet ab.

Der Hintergrund: Exaktes Rechnen, das Addieren oder Subtrahieren von Zahlen, die Anwendung komplexer mathematischer Formen sind kulturelle Leistungen und kommen nicht ohne Sprache aus. Ein Gespür für "mehr" oder "weniger" oder die Fähigkeit, die Größe einer Menge zu schätzen, sind hingegen nicht an Sprache gekoppelt. Über diese "numerische Grundkompetenz" verfügen nicht nur menschliche Säuglinge, sondern auch viele Tiere.

Untersuchung

"Tiere können Reize auf Grund numerischer Informationen, etwa eine unterschiedliche Anzahl von Punkten, unterscheiden", sagte Andreas Nieder vom Hertie-Institut für Klinische Hirnforschung an der Universität Tübingen. Sein Team untersucht deshalb diese nicht-sprachlichen Vorformen numerischer Kompetenz mit Affen als "Adam Riese".

"Wir glauben, dass mathematische Fähigkeiten eine Pyramide zunehmend abstrakter mentaler Repräsentationen darstellen. Diese basieren zumindest teilweise auf unserer nicht-sprachlichen Fähigkeit, numerische Quantitäten oder Mengen einzuschätzen", sagte der Wissenschafter.

Training

"Unsere Einzelzelluntersuchungen an verhaltenstrainierten Affen zeigen, dass das Gehirn dieser Tiere tatsächlich numerische Quantität verarbeitet", fasste Nieder seine Forschungsergebnisse zusammen. Das Team trainierte beispielsweise zwei Affen darauf, bestimmte Mengen von Punkten, die ihnen auf dem Computerbildschirm präsentiert wurden, zu unterscheiden. Die Forscher präsentierten den Tieren einen Kreis mit vier Punkten. Nach einer Pause folgte ein anderer Kreis, in dem sich entweder dieselbe Anzahl von Punkten befand oder eine jeweils eine um einen Punkt vermehrte oder reduzierte Zahl.

Hirnregion

Wenn die Menge identisch war, ließ der Affe einen Hebel los - und bekam eine Belohnung. War die Punktzahl unterschiedlich, hielt der Affe den Hebel weiter gedrückt und wartete, bis ihm wieder die identische Punktzahl präsentiert wurde. Während dieses Tests registrierten die Forscher mit Hilfe implantierter Mikroelektroden die Aktivität einzelner Nervenzellen in bestimmten Gehirnbereichen der Affen, wo numerische Informationen verarbeitet werden. Dabei handelt es sich um den so genannten intraparietalen Sulcus, einen Bereich im Scheitellappen der Großhirnrinde sowie um den Präfrontalcortex, einen Bereich des Stirnlappens.

Wie Nieders Team herausfand, werden numerische Informationen zunächst im intraparietalen Sulcus verarbeitet. "Von dort wird die Information vermutlich zum Präfrontalkortex weitergeleitet, wo sie verstärkt und im Kurzzeitgedächtnis behalten wird, um für die Kontrolle des Verhaltens bereitzustehen", erklärte Nieder. Ebenso fanden die Wissenschafter heraus, dass einzelne Nervenzellen auf die Verarbeitung bestimmter Mengen "geeicht" sind: Sie feuern dann besonders intensiv, wenn dem Tier "ihre" Zahl präsentiert wird. So hat quasi jedes Neuron eine "Lieblingszahl". Zusammen bilden diese Zellen die jeweiligen Mengen dann entsprechend ihrer Größe räumlich-geordnet ab.

Distanz- und Größeneffekt

Die Forschungsergebnisse der Tübinger Wissenschafter erklären auch Effekte, die bei der Beurteilung von Mengen auftreten: den Distanz- und den Größeneffekt. Der numerische Distanzeffekt besagt, dass Menschen und Affen Mengen, die weit voneinander entfernt sind, leichter unterscheiden können als näher zusammenliegende. Nieder: "Wir können etwa 5 und 9 leichter voneinander unterscheiden als 5 und 6." Der Grund dafür ist, dass die Neuronen auf jene Mengen, die unmittelbar neben ihrer "Lieblingszahl" liegen (also um eins kleiner oder größer sind), auch noch besonders stark antworten und dadurch ihre Lieblingszahl leicht "verwechseln". Ihre Forschungsarbeiten, so hoffen die Wissenschafter, könnte dazu beitragen, neue Wege für einen besseren Mathematikunterricht aufzuzeigen. (APA)

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