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Mathematik: Neuronale Mengenlehre

Spezialisierte Hirnzellen werden nur bei bestimmten Rechenvorgängen aktiv.
Zu entscheiden, welche von zwei Mengen die größere ist, dürfte wohl der grundlegendste Rechenvorgang sein. Neurobiologen um Andreas Nieder von der der Universität Tübingen konnten nun erstmals zeigen, welche Hirnzellen bei Rhesusaffen solche einfachen mathematischen Regeln verarbeiten: Offenbar gibt es spezialisierte Neurone, die nur bei bestimmten Rechenarten aktiv werden.

Die Forscher trainierten ihre Versuchstiere darauf, am Computer Punktmengen der Größe nach zu vergleichen. Bekamen die Tiere zum Beispiel die Aufgabe, die Regel "größer als" anzuwenden, sollten sie unter zwei Bildern dasjenige wählen, das mehr Punkte zeigte. Sowohl die Größe der Vergleichsmengen als auch die anzuwendende Regel änderte sich bei jedem Testdurchlauf nach dem Zufallsprinzip.

Während die Tiere die Aufgaben lösten, maßen Nieder und sein Team die Aktivität einzelner Neurone im präfrontalen Kortex, der Großhirnrinde im vorderen Bereich des Kopfes. Dabei stießen sie auf ein erstaunliches Aktivitätsmuster: Die eine Hälfte der Zellen wurde nur dann aktiv, wenn die Regel "größer als" zu befolgen war, die andere nur dann, wenn das Tier die Regel "kleiner als" anwendete. Offenbar sind bestimmte Hirnzellen ausschließlich auf eine der beiden Regeln spezialisiert – unabhängig davon, wie groß die zu vergleichenden Punktemengen sind.

Ihre Studie zeige erstmals, wie einzelne Nervenzellen Zahlen und Rechenoperationen verarbeiten, erklärt Andreas Nieder. In Zukunft wollen sie die so gewonnenen Erkenntnisse aber auch auf andere komplexe Denkprozesse übertragen. Denn der präfrontale Kortex ist das kognitive Steuerzentrum des Gehirns: Schädigungen in dieser Region beeinträchtigen häufig zielgerichtetes logisches Denken und Schlussfolgern. (jd)


Bongard, S., Nieder, A.: Basic Mathematical Rules are Encoded by Primate Prefrontal Cortex Neurons. In: Proceedings of the National Academy of Sciences 10.1073/pnas.0909180107, 2010.

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