Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Wie im Gehirn aus dem Nichts die Zahl Null entsteht

22.04.2016

Tübinger Hirnforscher entdecken neuronale Vorstufe des Erkennens einer leeren Menge

Die Null ist eine magische Zahl. Sie steht für die leere Menge, das Nichts, und gilt zugleich als eine der größten kulturellen Leistungen des Menschen, die Mathematik und Wissenschaft zum Durchbruch verholfen haben.


Tübinger Hirnforscher berichten, wie und wo Nervenzellen im Gehirn leere Mengen als Teil des Zahlenstrahls abbilden können.

Andreas Nieder/Universität Tübingen

In der Menschheitsgeschichte hat es lange gedauert, bis die Null als Zahl erkannt und geschätzt wurde. Auch Kinder verstehen erst lange nachdem sie zählen gelernt haben, dass auch die Null als Zahl zu sehen ist. Offensichtlich fällt es uns schwer, leere Mengen als abstrakten Zahlenwert zu begreifen.

Hirnforscher der Universität Tübingen unter der Leitung von Professor Andreas Nieder vom Institut für Neurobiologie geben erstmals Antworten auf die Frage, wie und wo Nervenzellen im Gehirn leere Mengen als Teil des Zahlenstrahls abbilden können.

Die Wissenschaftler trainierten zu diesem Zweck Rhesusaffen, die Anzahl von null bis vier Punkten auf einem Bildschirm zu ermitteln. Die Tiere bewerteten keine Punkte in der Testphase als der Anzahl eins am ähnlichsten, und damit als leere Menge mit quantitativer Bedeutung am Anfang des Zahlenstrahls.

Während die Rhesusaffen diese Aufgaben durchführten, wurde die Aktivität ihrer Nervenzellen in zwei Bereichen des Gehirns gemessen, dem Scheitellappen und dem nachgeschalteten Stirnlappen. Die Forschergruppe konnte in der Vergangenheit zeigen, dass beide Hirnareale eine Schlüsselrolle bei der Verarbeitung von Anzahlen spielen.

„Der Vergleich der beiden Hirnareale zeigte eine erstaunliche Wandlung der Art und Weise, wie leere Mengen neuronal abgebildet wurden“, sagt Andreas Nieder. Im Scheitellappen registrierten die Nervenzellen die Abwesenheit von zählbaren Punkten noch als fehlenden visuellen Reiz ohne quantitative Bedeutung und damit grundsätzlich verschieden von Anzahlen.

Auf der nachfolgenden höchsten Verarbeitungsebene hingegen, dem Stirnlappen, behandelten die Nervenzellen die Abwesenheit von Elementen als leere Menge unter anderen zählbaren Mengen, mit der größten Ähnlichkeit zur Anzahl eins. „Erst im Stirnlappen wird somit die leere Menge als Wert auf dem Zahlenstrahl abstrahiert, ganz analog zum Verhalten der Tiere“, erklärt der Wissenschaftler.

Die neuen Befunde liefern Erkenntnisse darüber, wie und wo das Gehirn die Abwesenheit zählbarer Reize durch aktive neuronale Aktivierung als Mengenkategorie abbilden kann. „Für ein Gehirn, das im Laufe der Evolution entstanden ist, um Sinnesreize zu verarbeiten, ist die Repräsentation leerer Mengen eine verblüffende Leistung“, erläutert Nieder.

„Hier deuten sich die Anfänge der Fähigkeit an, über die Wahrnehmung hinaus erfahrungsunabhängig Konzepte zu bilden, wie sie gerade für eine komplexe Zahlentheorie notwendig sind.“ Dass gerade die Nervenzellen im Präfrontalkortex zu diesem Schritt fähig sind, bestätigt die enorme Bedeutung dieses Hirnareals für abstraktes Denken, das gerade bei neuropsychiatrischen Erkrankungen häufig gestört ist.

Originalveröffentlichung:
Araceli Ramirez-Cardenas, Maria Moskaleva & Andreas Nieder: Neuronal representation of numer-osity zero in the primate parieto-frontal number network. Current Biology.
Online-Publikation: 21. April 2016, DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.cub.2016.03.052

Kontakt:
Prof. Dr. Andreas Nieder
Universität Tübingen
Institut für Neurobiologie – Lehrstuhl für Tierphysiologie
Tel.: + 49 7071 29-75347
andreas.nieder[at]uni-tuebingen.de

Dr. Karl Guido Rijkhoek | idw - Informationsdienst Wissenschaft
Weitere Informationen:
http://www.uni-tuebingen.de/

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Wie Reize auf dem Weg ins Bewusstsein versickern
22.09.2017 | Rheinische Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn

nachricht Lebendiges Gewebe aus dem Drucker
22.09.2017 | Universitätsklinikum Freiburg

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: The pyrenoid is a carbon-fixing liquid droplet

Plants and algae use the enzyme Rubisco to fix carbon dioxide, removing it from the atmosphere and converting it into biomass. Algae have figured out a way to increase the efficiency of carbon fixation. They gather most of their Rubisco into a ball-shaped microcompartment called the pyrenoid, which they flood with a high local concentration of carbon dioxide. A team of scientists at Princeton University, the Carnegie Institution for Science, Stanford University and the Max Plank Institute of Biochemistry have unravelled the mysteries of how the pyrenoid is assembled. These insights can help to engineer crops that remove more carbon dioxide from the atmosphere while producing more food.

A warming planet

Im Focus: Hochpräzise Verschaltung in der Hirnrinde

Es ist noch immer weitgehend unbekannt, wie die komplexen neuronalen Netzwerke im Gehirn aufgebaut sind. Insbesondere in der Hirnrinde der Säugetiere, wo Sehen, Denken und Orientierung berechnet werden, sind die Regeln, nach denen die Nervenzellen miteinander verschaltet sind, nur unzureichend erforscht. Wissenschaftler um Moritz Helmstaedter vom Max-Planck-Institut für Hirnforschung in Frankfurt am Main und Helene Schmidt vom Bernstein-Zentrum der Humboldt-Universität in Berlin haben nun in dem Teil der Großhirnrinde, der für die räumliche Orientierung zuständig ist, ein überraschend präzises Verschaltungsmuster der Nervenzellen entdeckt.

Wie die Forscher in Nature berichten (Schmidt et al., 2017. Axonal synapse sorting in medial entorhinal cortex, DOI: 10.1038/nature24005), haben die...

Im Focus: Highly precise wiring in the Cerebral Cortex

Our brains house extremely complex neuronal circuits, whose detailed structures are still largely unknown. This is especially true for the so-called cerebral cortex of mammals, where among other things vision, thoughts or spatial orientation are being computed. Here the rules by which nerve cells are connected to each other are only partly understood. A team of scientists around Moritz Helmstaedter at the Frankfiurt Max Planck Institute for Brain Research and Helene Schmidt (Humboldt University in Berlin) have now discovered a surprisingly precise nerve cell connectivity pattern in the part of the cerebral cortex that is responsible for orienting the individual animal or human in space.

The researchers report online in Nature (Schmidt et al., 2017. Axonal synapse sorting in medial entorhinal cortex, DOI: 10.1038/nature24005) that synapses in...

Im Focus: Tiny lasers from a gallery of whispers

New technique promises tunable laser devices

Whispering gallery mode (WGM) resonators are used to make tiny micro-lasers, sensors, switches, routers and other devices. These tiny structures rely on a...

Im Focus: Wundermaterial Graphen: Gewölbt wie das Polster eines Chesterfield-Sofas

Graphen besitzt extreme Eigenschaften und ist vielseitig verwendbar. Mit einem Trick lassen sich sogar die Spins im Graphen kontrollieren. Dies gelang einem HZB-Team schon vor einiger Zeit: Die Physiker haben dafür eine Lage Graphen auf einem Nickelsubstrat aufgebracht und Goldatome dazwischen eingeschleust. Im Fachblatt 2D Materials zeigen sie nun, warum dies sich derartig stark auf die Spins auswirkt. Graphen kommt so auch als Material für künftige Informationstechnologien infrage, die auf der Verarbeitung von Spins als Informationseinheiten basieren.

Graphen ist wohl die exotischste Form von Kohlenstoff: Alle Atome sind untereinander nur in der Ebene verbunden und bilden ein Netz mit sechseckigen Maschen,...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

11. BusinessForum21-Kongress „Aktives Schadenmanagement"

22.09.2017 | Veranstaltungen

Internationale Konferenz zum Biomining ab Sonntag in Freiberg

22.09.2017 | Veranstaltungen

Die Erde und ihre Bestandteile im Fokus

21.09.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

11. BusinessForum21-Kongress „Aktives Schadenmanagement"

22.09.2017 | Veranstaltungsnachrichten

DFG bewilligt drei neue Forschergruppen und eine neue Klinische Forschergruppe

22.09.2017 | Förderungen Preise

Lebendiges Gewebe aus dem Drucker

22.09.2017 | Biowissenschaften Chemie