Mentale Wissenskarten: Wie unser Gehirn alles, was es wahrnimmt, nach markanten Merkmalen abspeichert

Für alle LeserWie funktioniert unser Gehirn wirklich? Wie speichert es all die Millionen Dinge ab, die wir tagtäglich wahrnehmen, einordnen und erkennen müssen? Die Leipziger Kognitionsforscher gehen davon aus, dass unser Gehirn dabei wie eine mentale Landkarte funktioniert, in der die hervorstechenden Merkmale eines Dings an verschiedenen Stellen gespeichert sind. Aus den markanten Merkmalen konstruiert unser Gehirn dann blitzschnell das richtige Muster: Aha, es ist eine Fliege!
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Oder was immer man sieht – im Sinne von wahrnehmen. Denn nur die Dinge, denen das Gehirn auch ein Muster zuordnen kann, können wir auch erkennen. Übrigens ein Vorgang, der in der allerfrühesten Kindheit beginnt, in der das Gehirn seine Strukturen entwickelt und damit der Welt erst wahrnehmbare Muster verpasst.

Aber wie macht man so eine Arbeitsweise im Kopf sichtbar?

Wie repräsentiert das Gehirn unser Wissen über die Welt, sodass wir es flexibel nutzen können, um unbekannte Situationen zu interpretieren oder auf Zusammenhänge zu schließen, die wir nie direkt erlebt haben?

Der Ansatz der Forschungsgruppe, die jetzt ihre Studie vorgestellt hat:

Ein Mittel, konzeptuelles Wissen zu organisieren, wäre eine Art interne Landkarte: Beispielsweise könnte man aus der Nähe zu bekannten Tieren in einem Raum, der entlang der Merkmalsdimensionen „Körpergewicht“ und „Flügelgröße“ definiert ist, ableiten, ob ein unbekanntes Tier fliegen kann. Ein Tier besitzt jedoch mehr Eigenschaften als jene, die relevant für seine Fähigkeit zu fliegen sind.

Damit eine kartenartige Repräsentation von Wissen also genutzt werden kann, um Bedeutung wie „flugfähig?“ auf neue Information wie „ein unbekanntes Tier“ durch Ähnlichkeitsabgleiche zu bekanntem Wissen zu übertragen, muss die Karte dynamisch auf die Merkmale angepasst werden, die gerade für das jeweilige Konzept wichtig sind.

In ihrer aktuellen Studie zeigen Stephanie Theves und Christian Doeller vom Max-Planck-Institut für Kognitions- und Neurowissenschaften (MPI CBS) zusammen mit Guillén Fernández vom Donders Institut Nijmegen, dass die Kartierungsfunktion des Hippocampus genau diese Unterscheidung von konzeptionell-relevanten und insgesamt vorhandenen Merkmalen erfüllen kann.

Jüngste Forschung hat gezeigt, dass die Formation des Hippocampus, die als das Navigationssystem des Gehirns gilt, weit mehr als nur mentale Karten unserer räumlichen Umgebung kodiert. Sie kann auch abstraktere, nicht-räumliche Informationen in mentalen Karten organisieren.

In der aktuellen Studie lernten Probanden neue abstrakte Objekte (variierend in ihrer Anzahl an Streifen, an Punkten, und Transparenz), basierend auf dem Verhältnis zweier ihrer insgesamt drei Merkmalsausprägungen in zwei Kategorien einzuordnen. Man kann sich diese zwei Merkmalsdimensionen wie die x- und y-Achse eines Koordinatensystems vorstellen, in dem die Diagonale die Grenze zwischen beiden Kategorien bildet.

Ein Objekt mit relativ geringer Transparenz verglichen mit seiner Anzahl an Punkten gehörte dann zum Beispiel in Kategorie B. Wie viele Streifen das Objekt hat war dabei irrelevant. Während also nur zwei der drei Objektmerkmale das Konzept der zwei Objektkategorien definierten, waren dennoch alle drei Merkmale (Punkte, Transparenz, und Streifen) einzuprägen und wurden auch genauestens von den Probanden erinnert.

„Durch diese Manipulation ließ sich herausfinden, ob der Hippocampus tatsächlich eine kartenartige Repräsentation des Konzepts an sich erstellt“, sagt Studienleiterin Stephanie Theves.

Hierzu testeten die Wissenschaftler mit Messungen im Magnetresonanztomographen, ob hippocampale Aktivitätsmuster die Anordnung der Objekte in einem Raum widerspiegeln, der entweder nur von den zwei konzeptionell relevanten Merkmalsdimensionen aufgespannt wird, oder von allen drei Merkmalen.

Theves schlussfolgert: „Unsere Analysen sprechen dafür, dass der Hippocampus nur jene Merkmale in eine kombinierte kartenartige Repräsentation integriert, die in Relation zueinander relevant sind, in diesem Fall um das Konzept zu definieren. Das heißt, obwohl die einzelnen Objekte in all ihren Details gelernt und erinnert wurden, wurde zudem eine Repräsentation des Konzeptes aus der Gesamtheit aller Merkmale herausgeschnitten. Wir gehen daher davon aus, dass der Hippocampus Wissenserwerb durch die Kartierung verhaltensrelevanter Information unterstützt.“

Originalpublikation: Stephanie Theves, Guillén Fernández and Christian F. Doeller „The hippocampus maps concept space, not feature space“ in Journal of Neuroscience.

Das menschliche Gehirn: Ständig aktiv, aber manchmal an neuen Reizen nicht die Bohne interessiert

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