Es gibt einen großen Unterschied darin, wie Ihr Gehirn die Zahlen 4 und 5 verarbeitet: ScienceAlert

By | January 3, 2024

Schnell, wie viele Äpfel sind auf dem Foto oben?

Es ist leicht zu erkennen, dass es drei sind, aber dank eines bestimmten Verarbeitungsmechanismus in Ihrem Gehirn war es möglicherweise noch einfacher, als Sie denken.

Laut einer neuen Studie verfügt das menschliche Gehirn über zwei unterschiedliche Arten, Zahlen zu verarbeiten: ein System für Mengen von vier oder weniger und ein anderes System für Mengen von fünf oder mehr.

Wissenschaftler wissen seit langem, dass Menschen unterschiedlich reagieren, wenn sie aufgefordert werden, Mengen oberhalb oder unterhalb dieser Schwelle schnell zu erkennen. Bisher war jedoch unklar, ob dies tatsächlich ein Beweis für zwei diskrete neuronale Mechanismen ist, erklären die Studienautoren.

Wenn einem Menschen vier oder weniger Objekte präsentiert werden, kann er die Summe normalerweise auf einen Blick erkennen, ohne zu zählen. Und wir haben fast immer Recht.

Diese Fähigkeit ist als „Subitisieren“ bekannt, ein Begriff, der im letzten Jahrhundert von Psychologen geprägt wurde, und unterscheidet sich sowohl vom Zählen als auch vom Schätzen. Es bezieht sich auf das unheimliche Gefühl, sofort zu wissen, wie viele Dinge man sieht, ohne zählen oder raten zu müssen.

Obwohl wir Mengen bis zu vier problemlos unterteilen können, verschwindet diese Fähigkeit, wenn wir fünf oder mehr Dinge betrachten. Wenn wir beispielsweise gebeten werden, eine Gruppe von sieben Äpfeln sofort zu quantifizieren, neigen wir dazu, zu zögern und zu schätzen, was zu einer etwas längeren Antwortzeit und sogar zu weniger genauen Antworten führt.

Da unsere Fähigkeit zur Unterteilung bei Mengen über vier so abrupt verschwindet, haben einige Forscher vermutet, dass unser Gehirn zwei unterschiedliche Verarbeitungsmethoden verwendet, die sowohl auf kleine als auch auf große Mengen spezialisiert sind.

„Diese Idee wurde jedoch bisher in Frage gestellt“, sagt Co-Autor Florian Mormann, kognitiver Neurophysiologe an der Klinik für Epileptologie des Universitätsklinikums Bonn.

„Es könnte auch sein, dass unser Gehirn immer eine Schätzung vornimmt, die Fehlerquoten aber bei einer geringeren Anzahl von Dingen so gering sind, dass sie einfach unbemerkt bleiben.“

Frühere Untersuchungen, an denen einige der Autoren der neuen Studie beteiligt waren, haben gezeigt, dass das menschliche Gehirn über Neuronen verfügt, die für jede Zahl verantwortlich sind, wobei bestimmte Nervenzellen als Reaktion auf bestimmte Mengen selektiv feuern.

Sie fanden heraus, dass einige Neuronen hauptsächlich dann feuern, wenn eine Person zwei Dinge sieht, während andere eine ähnliche Affinität zu ihrer eigenen Anzahl visueller Elemente zeigen.

Allerdings feuern viele dieser Neuronen auch als Reaktion auf etwas kleinere oder größere Zahlen, stellen die Forscher fest, wobei sie auf Mengen, die weiter von ihrem numerischen Fokus entfernt sind, schwächer reagieren.

„Eine Gehirnzelle für eine Reihe von ‚sieben‘ Elementen feuert auch für sechs und acht Elemente, allerdings schwächer“, sagt der Neurobiologe Andreas Nieder von der Universität Tübingen. „Die gleiche Zelle ist immer noch aktiviert, aber noch weniger für fünf oder neun Elemente.“

(Christian Burkert/VolkswagenStiftung/Universität Bonn)

Diese Art von „numerischem Distanzeffekt“ kommt auch bei Affen vor, wie Nieder in früheren Untersuchungen gezeigt hat. Beim Menschen geschieht dies jedoch normalerweise nur, wenn wir fünf oder mehr Dinge sehen, was auf einen unentdeckten Unterschied bei der Identifizierung kleinerer Zahlen schließen lässt.

„Für Zahlen unter fünf Elementen scheint es einen zusätzlichen Mechanismus zu geben, der diese Neuronen genauer macht“, sagt Nieder.

Neuronen, die für niedrigere Zahlen verantwortlich sind, sind in der Lage, andere Neuronen, die für benachbarte Zahlen verantwortlich sind, zu hemmen, berichten die Studienautoren, wodurch verwirrende Signale über die betreffende Menge begrenzt werden.

Wenn beispielsweise ein Trio-spezialisiertes Neuron feuert, hemmt es auch Neuronen, die normalerweise als Reaktion auf Gruppen von zwei oder vier Dingen feuern. Den Neuronen ab Nummer fünf fehlt dieser Mechanismus offenbar.

Um diesen Effekt zu untersuchen, rekrutierten Forscher 17 Patienten des Universitätsklinikums Bonn, die sich auf eine Gehirnoperation zur Behandlung von Epilepsie vorbereiteten. Im Rahmen der Behandlung wurden den Patienten Mikroelektroden in ihre Schläfenlappen eingeführt.

„Wir konnten damit die Reaktion einzelner Nervenzellen auf visuelle Reize messen“, sagt Erstautorin Esther Kutter, Doktorandin in Mormanns Forschungsgruppe.

Die Studienteilnehmer blickten auf einen Computerbildschirm, auf dem eine halbe Sekunde lang unterschiedlich viele Punkte angezeigt wurden. Nach diesem flüchtigen Blick fragten die Forscher die Teilnehmer, ob sie eine ungerade oder eine gerade Anzahl von Punkten gesehen hätten.

Die Studie ergab, dass die Teilnehmer schnell und genau auf vier Punkte reagierten, praktisch ohne Fehler.

Bei fünf oder mehr Punkten begannen jedoch sowohl die Fehler als auch die Reaktionszeit mit der Anzahl der Punkte zuzunehmen.

Diese Forschung biete neue Hinweise auf die Mechanik des menschlichen Gehirns, sagen die Studienautoren, und enthülle wichtige Details darüber, wie wir Zahlen verarbeiten – und könne möglicherweise dazu beitragen, zu erklären, warum manche Menschen damit Schwierigkeiten haben.

Weitere Forschungen wie diese könnten unser Verständnis von Dyskalkulie verbessern, beispielsweise einer Entwicklungsstörung, die mit einem schlechten Verständnis von Zahlen und zahlenbezogenen Konzepten einhergeht.

Die Studie wurde veröffentlicht in Natur menschliches Verhalten.

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