Untersuchung der Zahlenverarbeitung im Gehirn

Wissenschaftler haben mit einer neuen Studie untersucht, wie das menschliche Gehirn ganze Zahlen und Brüche verarbeitet. Dazu zeigten sie 20 Probanden auf einem Bildschirm sechs ganze Zahlen zwischen 0 und 5 sowie sechs Brüche zwischen 1/4 und 5/2. Die Teilnehmer mussten angeben, ob der aktuelle Zahlenwert größer oder kleiner war als der unmittelbar vorherige. Während der Aufgabe registrierte ein 7-Tesla-Magnetresonanztomograf mit einer räumlichen Auflösung von 1,2 Millimetern die Hirnaktivität. Die Forscher wollten genau wissen, wie das Gehirn diese beiden Zahlentypen verarbeitet und miteinander vergleicht. Sie maßen dabei präzise, welche Bereiche im Gehirn während der Aufgabe aktiv wurden. Die Studie erschien im Fachmagazin PLOS Biology.

Unterschiedliche Verarbeitungszeiten und Fehlerquoten

Die Ergebnisse zeigten deutliche Unterschiede zwischen den Zahlentypen. Bei aufeinanderfolgenden Brüchen benötigten die Probanden durchschnittlich 1.192 Millisekunden für ihre Entscheidung, bei ganzen Zahlen nur 808 Millisekunden. Die Fehlerquote lag bei Brüchen mit 9,5 Prozent deutlich höher als bei ganzen Zahlen mit 3,7 Prozent. Unabhängig von der Schreibweise zeigte sich zudem ein Abstandseffekt: Je näher zwei aufeinanderfolgende Werte beieinander lagen, desto langsamer reagierten die Teilnehmer und desto häufiger machten sie Fehler. Dieser Effekt trat sowohl innerhalb eines Zahlentyps als auch beim Wechsel zwischen Brüchen und ganzen Zahlen auf. Die Forscher beobachteten diesen Zusammenhang bei allen Probanden.

Räumliche Zahlenkarte im Scheitellappen

Die Analyse der Hirnscans offenbarte zwei wesentliche Ordnungsprinzipien. Einerseits trennte ein Aktivitätsmuster Brüche von ganzen Zahlen. Andererseits folgte ein weiteres Muster dem tatsächlichen Zahlenwert und ordnete beide Typen auf einer gemeinsamen Größenskala. Besonders aufschlussreich war die räumliche Verteilung im vorderen Sulcus intraparietalis, einer Hirnfurche des Scheitellappens. Dort identifizierten die Forscher Voxel mit einer bevorzugten Reaktion auf bestimmte Zahlenwerte. Voxel für kleinere Zahlen lagen vorne, Voxel für größere Zahlen hinten. Dieses Muster zeigte sich auch im Hippocampus sowie in Bereichen des Stirn- und Schläfenlappens. Allerdings bleibt unklar, ob diese Karte auch außerhalb von Vergleichsaufgaben existiert, da die Studie nur zwölf Werte und eine kleine Gruppe mathematisch vorgebildeter Erwachsener umfasste.