Mentale Räume als grundlegendes Muster der Informationsspeicherung


Es ist schon länger bekannt, dass das menschliche Gehirn Informationen über die Umgebung in sogenannten kognitiven Räumen speichert, jedoch geht es nach Untersuchungen von Bellmund, Gärdenfors, Moser & Doeller (2018) nicht nur um geografische Daten, sondern auch um Beziehungen zwischen Objekten und Erfahrung. Menschen denken offenbar über ihre Familie und Freunde in ähnlicher Weise, etwa indem sie Menschen etwa in den Kategorien ihres Humors oder Einkommens, als groß oder klein, humorvoll oder humorlos oder mehr oder weniger reich kodieren. Abhängig von den Dimensionen des Interesses können Individuen geistig näher zusammen oder weiter weg im Gehirn gelagert werden. Die regelmäßigen Aktivierungsmuster von Gitterzellen lassen sich beim Menschen nicht nur bei der Navigation durch natürliche Räume beobachten, sondern Gitterzellen sind auch beim Erlernen neuer Inhalte aktiv. Es macht offenbar für das menschliche Gehirn keinen Unterschied, einen realen Raum oder den Raum zwischen den Dimensionen der Gedanken zu nutzen, sodass ein Gedankengang im wahrsten Sinne des Wortes als Weg durch die Räume der Gedanken betrachtet werden kann, also entlang verschiedener mentaler Dimensionen. Dadurch ist es den Menschen möglich, rasch Rückschlüsse auf neue Objekte oder Situationen zu ziehen, auch wenn sie diese noch nie erlebt haben. Durch die Verwendung vorhandener mentaler Karten kognitiver Räume kann der Mensch antizipieren, wie ähnlich etwas Neues zu etwas Bekanntem ist, indem er es in Beziehung zu bestehenden Dimensionen setzt. Dies ist ein Phänomen etwa bei das Gesichtserkennung fundamental.

Zum neuronalen Verhältnis von Ortszellen und Gitterzellen

Gitterzellen, Rasterzellen bzw. Grid cells sind Nervenzellen im Gehirn, die der Orientierung dienen, und dabei wie Landkarten mit metrischen Koordinaten arbeiten, wobei sie neben räumlichen Informationen auch Zielinformationen liefern. Die Gitterzellen im entorhinalen Cortex sind dadurch Teil des Orientierungssinns des Menschen und können bestimmte Orte und Wege mithilfe eines hexagonalen Netzes präzise bestimmen, wobei sie ihre Informationen aus dem Hippocampus bzw. vonden dort lokalisierten Ortszellen bzw. Platzzellen erhalten. Ein Bindeglied zwischen der Einzelzell- und der Netzwerkebene liegt im entorhinalen Cortex, in dem die Rasterzellen lokalisiert sind, deren Rolle bei der räumlichen Orientierung auf Einzelzellebene belegt ist. Eine Theorie besagt, dass benachbarte Zellen ähnliche Orte codieren, wobei dieses räumliche Muster dann auch in den Oszillationen sichtbar sein müssten. Ein anderer Ansatz beschreibt, dass beim Navigieren in bestimmte Richtungen eine höhere Anzahl unterschiedlicher Zellen aktiviert wird als beim Navigieren in andere Richtungen, was wiederum zu verstärkten EEG-Oszillationen führen könnte. Diese Oszillationen könnten also die Verbindung zwischen Einzelzellen und den üblicherweise bei Menschen untersuchten Netzwerken darstellen. Eine weitere Theorie besagt, dass die Phänomene auf Einzelzell- und auf Netzwerkebene unabhängig voneinander sind, d. h., die beiden Ebenen könnten parallel voneinander zum Verhalten beitragen, ohne kausal miteinander verknüpft zu sein.

Im Gegensatz zu den Ortszellen, die nur an einer Stelle aktiv sind, sind Gitterzellen vielerorts aktiv, wobei deren Aktivität einem auffallend regelmäßigen, hexagonalen Muster neuronaler Signale folgen, das die gesamte Umgebung eines Menschen in Form eines Mosaiks nachzeichnet, wobei auch Zielinformationen durch eine Verformung des Aktivitätsfelds der Gitterzellen geliefert werden, sodass eine Art Stadtplan entsteht. Die Ortszellen, die einem Ziel am nächsten liegen, verschieben sich dabei stärker als jene, die weiter von diesem entfernt liegen. Allerdings bleibt die Verformung der Gitterzellen während einer Ortssuchleistung über einen längeren Zeitraum erhalten, während das bei Ortszellen nicht der Fall ist, denn diese nehmen bald wieder ihre ursprüngliche Form an. Gitterzellen haben also eine Form der Erinnerung, die Ortszellen nicht besitzen, sodass die Gitterzellen das Verhalten eines Lebewesens damit mitbestimmen. Die Gitterzellen informieren also vermutlich die Ortszellen über relevante Regionen, während Ortszellen diese Regionen dann präzise kartieren.

Kurioses: Dieses Forschungsergebnis führte übrigens zu folgender journalistischen Simplifizierung: “Wir denken mit Navi “.

Literatur

Bellmund, J. L. S., Gärdenfors, P., Moser, E. I., & Doeller, C. F. (2018). Navigating cognition: Spatial codes for human thinking. Science, doi:10.1126/science.aat6766.
Kunz, L., Maidenbaum, S., Chen, D., Wang, L., Jacobs, J. & Axmacher, N. (2019). Mesoscopic neural representations in spatial navigation. Trends in Cognitive Sciences, doi:10.1016/j.tics.2019.04.011.
Stangl, W. (2019). Ortszellen und Gitterzellen in menschlichen Gehirn. Werner Stangls Arbeitsblätter-News.
WWW: https://arbeitsblaetter-news.stangl-taller.at/ortszellen-und-gitterzellen-in-menschlichen-gehirn/ (2019-03-31).







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