Wie speichert das Gehirn Begriffe?

Wissenschaftler entschlüsseln das Wörterbuch des Gehirns

Wissenschaftler haben entschlüsselt, wie das Gehirn Begriffe speichert. Mit Hilfe von bildgebenden Verfahren und Computern haben sie Menschen beim Denken beobachtet und Aktivitätsmuster für bestimmte Wörter errechnet. Am Ende konnten sie vorhersagen, welche Regionen im Gehirn ein Wort aktivieren wird.

Das menschliche Gehirn speichert Wörter in bestimmten Regionen, die thematisch mit dem Substantiv verbunden sind. Zu diesem Ergebnis sind Wissenschaftler in den USA gekommen. Sie konnten drei Kategorien - Manipulation, Schutz und Essen - ausmachen, nach denen das Gehirn Begriffe speichert.

Testpersonen beim Denken zugeschaut

Die Neurowissenschaftler Marcel Just und Vladimir Cherkassky haben zusammen mit den Informatikern Tom Mitchell und Sandesh Aryal der Carnegie Mellon Universität (CMU) in Pittsburgh im US-Bundesstaat Pennsylvania elf rechtshändigen Probanden per funktioneller Magnetresonanztomographie (fMRT) beim Denken ins Gehirn geschaut. Sie wollten herausfinden, was dort passiert, wenn wir an bestimmte Begriffe denken.

Sie gaben ihren Testpersonen eine Liste mit 60 Alltagsbegriffen, über die sie kurz nachdenken sollten und hielten fest, welche Regionen im Gehirn dabei aktiv waren. Gewisse Aktivitätsmuster mussten sie ausfiltern, etwa alles, was mit Sehen und Lesen zu tun hat. Die übrig gebliebenen Muster ließen sie von einem Computer analysieren. Dabei zeichneten sich bestimmte Aktivitätsmuster ab.

Das Wörterbuch des Gehirns

"Wir haben entdeckt, wie das Wörterbuch des Gehirns aufgebaut ist", sagt Just."Es ist nicht alphabetisch, nicht nach der Größe oder Farbe von Gegenständen geordnet. Es gibt drei Grundmerkmale, die das Gehirn einsetzt, um Begriffe wie Hammer, Wohnung oder Möhre zu definieren." Sie hätten die Merkmale, die jeweils in drei bis fünf verschiedenen Regionen im Gehirn codiert seien, Manipulation, Schutz und Essen genannt, schreiben die Wissenschaftler in einem Aufsatz, der in der Open-Access-Fachzeitschrift Plos One erschienen ist.

Die Vorhersage über die Gehirnaktivität bei einem bestimmten Wort (rechts) stimmt mit der später gemessenen überein. (Bild: CMU)

Denke der Proband beispielsweise an das Wort Hammer, werde das Bewegungszentrum, der sogenannte Motorcortex, aktiviert. Für das Gehirn sei eben die Tatsache, wie der Hammer gehalten werde, entscheidend, erklärte Cherkassy. Deshalb repräsentiere der sensomotorische Cortex den Begriff "einen Hammer halten".

Gleiche Aktivitätsmuster

Diese Muster, so zeigte sich, sind reproduzierbar: Die Gehirne der Teilnehmer an dem Experiment wiesen bei gleichen Begriffen vergleichbare Aktivitätsmuster auf. "Wenn zwei Menschen an das Wort Hammer oder Haus denken, zeigen ihre Gehirne ähnliche Aktivierungsmuster", sagt Mitchell.

Diese Muster waren so regelmäßig, dass auch eine Gegenprobe gelang: Der Computer konnte anhand der Aktivitätsmuster mit einer relativ hohen Wahrscheinlichkeit feststellen, an welches der Worte auf der Liste ein Proband gerade dachte. Im Schnitt betrug die Trefferquote 72 Prozent. Bei zwei Personen lag sie sogar bei 84 Prozent.

Den Wissenschaftlern gelang es mit Hilfe des Computers sogar vorherzusagen, welche der Regionen von Wörtern, die nicht auf der Liste standen, aktiviert werden würden. Der Computer errechnete auf Basis der Muster, die die Wörter auf der Liste erzeugten, ein Muster für das Wort Apartment, das mit dem Muster, das das Gehirn tatsächlich erzeugte, weitgehend übereinstimmte.

Zwischenmenschliche Beziehungen ausgelassen

Die Wissenschaftler schränken jedoch ein, dass sie noch nicht das ganze Wörterbuch des Gehirns entschlüsselt haben. So hätte die Liste, die sie ihren Probanden vorgelegt haben, alles was im weitesten Sinne mit Liebe, Sex oder Fortpflanzung zu tun habe, ausgespart. Nicht einmal das Wort Person sei darauf gewesen, sagte Just. Sie sind deshalb sicher, dass zu den drei Kategorien, die sie gefunden haben, noch eine für die zwischenmenschlichen Beziehungen hinzukommt.

Es sei die erste Studie gewesen, bei der das Gehirn der Probanden allein mit Worten stimuliert worden sei. Bei bisherigen vergleichbaren Versuchen bekamen die Probanden entweder Worte und Bilder oder nur Bilder vorgesetzt.

Die Wissenschaftler glauben, dass ihre Forschungsergebnisse helfen können, psychische oder neurologische Krankheiten zu bekämpfen. Diese störten zuweilen das Verständnis bestimmter Begriffe, erklärte Just. "Ein Patient, der an Agoraphobie leidet, also an der Angst vor öffentlichen Plätzen, hat möglicherweise eine zu starke Codierung in der Dimension Schutz." Mit Hilfe ihrer Technik könnte es möglich werden, solche Verzerrungen zu messen und vielleicht sogar zu beheben.