Mentale Wissenskarten – wie unser neuronales Navigationssystem Bedeutung ausliest

The hippocampus contributes to concept learning, by representing behaviorally-relevant information in low-dimensional spaces.

MPI CBS

Wie repräsentiert das Gehirn unser Wissen über die Welt, sodass wir es flexibel nutzen können, um unbekannte Situationen zu interpretieren? Ein Mittel, konzeptuelles Wissen zu organisieren, wäre eine Art interne Landkarte. Damit eine kartenartige Repräsentation von Wissen genutzt werden kann, muss sie dynamisch auf die Merkmale angepasst werden, die gerade für das jeweilige Konzept wichtig sind.

In ihrer aktuellen Studie zeigen Stephanie Theves und Christian Doeller vom MPI CBS zusammen mit Guillén Fernández vom Donders Institut Nijmegen, dass die Kartierungsfunktion des Hippocampus genau diese Unterscheidung von konzeptionell-relevanten und insgesamt vorhandenen Merkmalen erfüllen kann.

Wie repräsentiert das Gehirn unser Wissen über die Welt, sodass wir es flexibel nutzen können, um unbekannte Situationen zu interpretieren oder auf Zusammenhänge zu schließen, die wir nie direkt erlebt haben? Ein Mittel, konzeptuelles Wissen zu organisieren, wäre eine Art interne Landkarte: Beispielsweise könnte man aus der Nähe zu bekannten Tieren in einem Raum, der entlang der Merkmalsdimensionen „Körpergewicht“ und „Flügelgröße“ definiert ist, ableiten, ob ein unbekanntes Tier fliegen kann.

Ein Tier besitzt jedoch mehr Eigenschaften als jene, die relevant für seine Fähigkeit zu fliegen sind. Damit eine kartenartige Repräsentation von Wissen also genutzt werden kann, um Bedeutung wie „flugfähig?“ auf neue Information wie „ein unbekanntes Tier“ durch Ähnlichkeitsabgleiche zu bekanntem Wissen zu übertragen, muss die Karte dynamisch auf die Merkmale angepasst werden, die gerade für das jeweilige Konzept wichtig sind.

In ihrer aktuellen Studie zeigen Stephanie Theves und Christian Doeller zusammen mit Guillén Fernández vom Donders Institut Nijmegen, dass die Kartierungsfunktion des Hippocampus genau diese Unterscheidung von konzeptionell-relevanten und insgesamt vorhandenen Merkmalen erfüllen kann.

Jüngste Forschung hat gezeigt, dass die Formation des Hippocampus, die als das Navigationssystem des Gehirns gilt, weit mehr als nur mentale Karten unserer räumlichen Umgebung kodiert. Sie kann auch abstraktere, nicht-räumliche Informationen in mentalen Karten organisieren.

In der aktuellen Studie lernten Probanden neue abstrakte Objekte (variierend in ihrer Anzahl an Streifen, an Punkten, und Transparenz), basierend auf dem Verhältnis zweier ihrer insgesamt drei Merkmalsausprägungen in zwei Kategorien einzuordnen. Man kann sich diese zwei Merkmalsdimensionen wie die x- und y-Achse eines Koordinatensystems vorstellen, in dem die Diagonale die Grenze zwischen beiden Kategorien bildet.

Ein Objekt mit relativ geringer Transparenz verglichen mit seiner Anzahl an Punkten gehörte dann zum Beispiel in Kategorie B. Wie viele Streifen das Objekt hat war dabei irrelevant. Während also nur zwei der drei Objektmerkmale das Konzept der zwei Objektkategorien definierten, waren dennoch alle drei Merkmale (Punkte, Transparenz, und Streifen) einzuprägen und wurden auch genauestens von den Probanden erinnert.

“Durch diese Manipulation ließ sich herausfinden, ob der Hippocampus tatsächlich eine kartenartige Repräsentation des Konzepts an sich erstellt”, sagt Studienleiterin Stephanie Theves. Hierzu testeten die Wissenschaftler mit Messungen im Magnetresonanztomographen, ob hippocampale Aktivitätsmuster die Anordnung der Objekte in einem Raum wiederspiegeln, der entweder nur von den zwei konzeptionell relevanten Merkmalsdimensionen aufgespannt wird, oder von allen drei Merkmalen.

Theves schlussfolgert: “Unsere Analysen sprechen dafür, dass der Hippocampus nur jene Merkmale in eine kombinierte kartenartige Repräsentation integriert, die in Relation zueinander relevant sind, in diesem Fall um das Konzept zu definieren. Das heißt, obwohl die einzelnen Objekte in all ihren Details gelernt und erinnert wurden, wurde zudem eine Repräsentation des Konzeptes aus der Gesamtheit aller Merkmale herausgeschnitten. Wir gehen daher davon aus, dass der Hippocampus Wissenserwerb durch die Kartierung verhaltensrelevanter Information unterstützt.”

Wissenschaftliche Ansprechpartner:

Stephanie Theves
Postdoc
theves@cbs.mpg.de

Originalpublikation:

The Hippocampus Maps Concept Space, Not Feature Space
Stephanie Theves, Guillén Fernández and Christian F. Doeller
Journal of Neuroscience 16 September 2020, 40 (38) 7318-7325;
DOI: https://doi.org/10.1523/JNEUROSCI.0494-20.2020

Weitere Informationen:

https://detektor.fm/wissen/forschungsquartett-wissensstrukturen-im-gehirn

https://www.cbs.mpg.de/1591152/20201609

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Bettina Hennebach Presse- und Öffentlichkeitsarbeit
Max-Planck-Institut für Kognitions- und Neurowissenschaften

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