Entscheiden zu können, welche von zwei Mengen die größere ist, ist nicht nur die Voraussetzung für vernünftiges und zielgerichtetes Verhalten, sondern auch der Grundstein für mathematische Operationen. Neurobiologen um Andreas Nieder von der Universität Tübingen konnten nun erstmals zeigen, wie Hirnzellen einfache mathematische Regeln verarbeiten. Die Forscher maßen dazu die Aktivität einzelner Neurone im präfrontalen Kortex von Rhesusaffen.

"Mathe-Neurone" im Präfrontalkortex
Bildzoom "Mathe-Neurone" im Präfrontalkortex
Im Hirn von Affen entdeckten Wissenschaftler Neurone, die bevorzugt dann feuerten, wenn das Tier eine von zwei abstrakten Regeln anwendete. Auch für die andere Regel fanden sich Spezialisten im Affenhirn.
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 Mengen diejenige wählen, die mehr Punkte zeigte. Sowohl die Größe der Vergleichsmengen als auch die anzuwendende Regel änderte sich bei jedem Testdurchlauf nach dem Zufallsprinzip.

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 Punktmengen sind.

Von ihrer Studie erhoffen sich die Wissenschaftler weitere Einblicke in die neurobiologischen Grundlagen abstrakter Denkprozesse. "Es geht uns zunächst konkret darum, herauszufinden, wie Nervenzellen Zahlen und Rechenoperationen verarbeiten", erklärt Andreas Nieder. In einem zweiten Schritt würden sich die dabei gewonnenen Erkenntnisse aber auch auf andere komplexe Denkprozesse übertragen lassen.

Der von den Forschern untersuchte präfrontale Kortex – die Großhirnrinde im vorderen Bereich des Kopfes – stellt das kognitive Steuerzentrum des Gehirns dar und bringt persönlichkeitsbildende geistige Funktionen hervor. Schädigungen in dieser Region beeinträchtigen häufig zielgerichtetes logisches Denken und Schlussfolgern. (jd)