Die Forschung über die Funktionsweise des menschlichen Gehirns enthüllt ständig neue und faszinierende Details. Eine aktuelle Studie von Forschern der Universität Jena und des Jenaer Universitätsklinikums hat wichtige Erkenntnisse über die Verarbeitung von Zahlen im Gehirn geliefert. Die Ergebnisse dieser Studie, die im renommierten „Journal of Neuroscience“ veröffentlicht wurden, stellen frühere Annahmen in Frage und eröffnen neue Perspektiven für das Verständnis der neuronalen Grundlagen der Zahlenerkennung.
Die visuelle Verarbeitung von Zahlen im Gehirn
Im menschlichen Gehirn herrscht eine Arbeitsteilung, bei der verschiedene Bereiche unterschiedliche Aufgaben übernehmen. Obwohl das Gehirn flexibel und plastisch ist, sind bestimmte Areale für spezifische Funktionen zuständig. Bisher ging man davon aus, dass Wörter und Sprache vorrangig in der linken Hemisphäre verarbeitet werden, während das Zahlenverständnis hauptsächlich in der rechten Gehirnhälfte lokalisiert ist. Diese Annahme beruhte auf der Vorstellung, dass die grundlegenden Prozesse des Erkennens von Buchstaben und Zahlen unterschiedlich in den Hirnhälften stattfinden.
Die Jenaer Neurowissenschaftler haben jedoch herausgefunden, dass die visuelle Verarbeitung von Zahlen in einer sogenannten „visual number form area“ (NFA) erfolgt, und zwar in beiden Hirnhälften gleichermaßen. Diese Entdeckung widerlegt die bisherige Annahme, dass die Zahlenerkennung allein in der rechten Hemisphäre stattfindet.
Methodik der Studie
In ihrer Studie präsentierten Dr. Mareike Grotheer und Prof. Dr. Gyula Kovács vom Institut für Psychologie der Uni Jena sowie Dr. Karl-Heinz Herrmann aus der Radiologie (IDIR) des Jenaer Uniklinikums den Versuchsteilnehmern für Sekundenbruchteile Zahlen, Buchstaben und Abbildungen von Alltagsgegenständen. Währenddessen wurde ihre Hirnaktivität im Magnetresonanztomographen (MRT) aufgezeichnet.
Mithilfe dieser Methode konnten die Forscher die Region, in der die visuelle Verarbeitung von Zahlen abläuft, eindeutig eingrenzen. Das kleine Areal an der Unterseite des linken und rechten Schläfenlappens reagierte bei der Präsentation von Ziffern mit erhöhter Aktivität. Buchstaben oder andere Abbildungen, aber auch verfremdete Zahlen führten zu einer deutlich geringeren Hirnaktivität in diesem Bereich.
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Für ihre Studie nutzten die Jenaer Wissenschaftler einen leistungsstarken 3-Tesla-MRT-Scanner des Instituts für Diagnostische und Interventionelle Radiologie (IDIR) des Jenaer Uniklinikums. Dieser lieferte sehr hochaufgelöste dreidimensionale Abbildungen des Gehirns der Probanden, die nur wenig Artefakte enthielten. Diese Aufnahmen wurden zudem räumlich geglättet, um das übriggebliebene „Rauschen“ zu entfernen.
Bedeutung der Ergebnisse
Die Ergebnisse der Jenaer Studie haben weitreichende Bedeutung für das Verständnis der neuronalen Grundlagen der Zahlenerkennung. Sie zeigen, dass die visuelle Verarbeitung von Zahlen nicht ausschließlich in der rechten Hemisphäre stattfindet, sondern in beiden Hirnhälften gleichermaßen. Dies deutet darauf hin, dass die Verarbeitung von Zahlen und Buchstaben möglicherweise nicht so stark voneinander getrennt ist, wie bisher angenommen.
Die Entdeckung der NFA in beiden Hirnhälften eröffnet auch neue Möglichkeiten für die Erforschung von Rechenstörungen und anderen kognitiven Beeinträchtigungen, die mit der Verarbeitung von Zahlen zusammenhängen. Durch die hochauflösenden MRT-Aufnahmen können Forscher nun detailliertere Untersuchungen in dieser bislang „unterbelichteten“ Hirnregion durchführen.
Synästhesie: Wenn Sinne verschmelzen
Die Erforschung der Zahlenerkennung im Gehirn führt auch zu einem besseren Verständnis von Phänomenen wie der Synästhesie. Synästhesie bezeichnet eine Variante der Kognition, bei der verschiedene Gehirnareale auf besondere Weise miteinander in Verbindung stehen. Dies führt zu Wahrnehmungsphänomenen und Denkprozessen, die in einem „neuro-typischen“ Gehirn nicht möglich sind.
Typische Beispiele für synästhetische Wahrnehmungen sind das farbige Hören, also das Visualisieren von Tönen in Farbe und/oder Form, oder die Graphem-Farb-Synästhesie, bei der Farben bestimmten Zeichen (Zahlen oder Buchstaben) zugeordnet werden. Es gibt jedoch zahlreiche weitere Formen der Synästhesie, bei denen verschiedene Sinne miteinander verknüpft sind.
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Neuronale Grundlagen der Synästhesie
Die Gehirne von Synästhetikern weisen vermehrt graue Substanz (Nervenzellen) in verschiedenen Bereichen und eine erhöhte Dichte an weißer Substanz (Nervenverbindungen) auf. Dies deutet darauf hin, dass die verstärkte Vernetzung von Hirnarealen für die synästhetischen Wahrnehmungen verantwortlich ist.
Die Forschung zur Synästhesie ist noch jung, hat aber in den letzten Jahren stark zugenommen. Es wird vermutet, dass Synästhesie nicht nur ein faszinierendes Phänomen ist, sondern auch Einblicke in die kognitiven Vorgänge im Gehirn geben kann.
Synästhesie im Alltag
Synästhetiker sind normale Menschen, die in allen gesellschaftlichen Schichten und Berufen zu finden sind. Viele von ihnen sind sich ihrer besonderen Wahrnehmung gar nicht bewusst, bis sie erfahren, dass nicht jeder die Welt so erlebt wie sie.
Synästhetische Wahrnehmungen können im Alltag als Erinnerungshilfe und Orientierung dienen. So kann beispielsweise die Graphem-Farb-Synästhesie das Auswendiglernen von Zahlenkombinationen erleichtern.
Berühmte Synästhetiker
Viele künstlerisch begabte Menschen sind Synästhetiker. Zu den berühmten Synästhetikern zählen beispielsweise der Physik-Nobelpreisträger Richard Feynman, die Komponisten Franz Liszt und Nikolai Rimsky-Korsakov sowie der Autor Vladimir Nabokov. Auch moderne Musiker wie Lady Gaga und Pharrell Williams sollen synästhetische Fähigkeiten besitzen.
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Die Herausforderung des Lesens für das Gehirn
Die Fähigkeit zu lesen ist eine relativ junge Errungenschaft der Menschheit. Die ersten Schriftsprachen entwickelten sich erst vor rund 5.000 Jahren. Dieser Zeitraum ist evolutionsgeschichtlich gesehen zu kurz, als dass sich unser Gehirn eigens an die neue Herausforderung hätte anpassen können.
Anders als beispielsweise für das Tasten oder Riechen gibt es im Gehirn kein eigens dafür entwickeltes Lesezentrum. Stattdessen nutzt das Gehirn evolutionär alte Mechanismen, um Buchstaben zu erkennen, sie zu Lauten zuzuordnen und ihnen einen Sinn zu verleihen.
Mustererkennung als Grundlage des Lesens
Eine neue Studie hat gezeigt, dass die Grundlage für das Lesen ein Mechanismus ist, der darauf beruht, dass wir wiederkehrende Muster erkennen und als bekannt wahrnehmen. Demnach beobachten wir, was uns umgibt, zerlegen es unbewusst in Elemente und analysieren intuitiv deren Häufigkeit.
Diese Fähigkeit wird den Forschern zufolge „recycelt“, wenn Menschen des Lesens fähig werden. In allen Fällen ist es entscheidend, Regelmäßigkeiten zu erkennen und ihnen eine Bedeutung zu verleihen.
Der Fall eines Patienten mit Verlust des Zahlensehens
Eine Fallstudie beschreibt den Fall eines 60-jährigen Patienten, der aufgrund einer Hirnerkrankung die Fähigkeit verloren hat, Zahlen zwischen Zwei und Neun zu erkennen. Statt der Ziffern sah er nur noch wirre Linien vor sich.
Interessanterweise konnte der Patient andere Objekte weiterhin problemlos erkennen. Auch sein Gehirn schien die Zahlen kurioserweise weiterhin als solche zu erkennen. Mithilfe der Elektroenzephalografie (EEG) konnten die Forscher zeigen, dass das Gehirn des Patienten die Gesichter in den Ziffern erkannte, ohne dass er sich dessen bewusst war.
Die Forscher vermuten, dass im Fall des Patienten nicht das Erkennen der Zahlen an sich gestört ist. Vielmehr scheinen bei ihm die weiteren Verarbeitungsschritte im Gehirn blockiert zu sein, welche die Informationen über das Gesehene anschließend ins Bewusstsein dringen lassen.
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