Global structure of new relational knowledge networks is represented in retrosplenial complex, and node-distance in hippocampus

Stellen Sie sich Ihr Gehirn als einen superintelligenten Bibliothekar vor, der nicht nur Bücher in Regalen lagert, sondern auch genau weiß, wie jede Geschichte mit jeder anderen verbunden ist. Wissenschaftler vermuten schon lange, dass der Teil Ihres Gehirns, der für die Navigation in physischen Räumen verantwortlich ist – etwa um sich in einer Stadt oder einem Wald zurechtzufinden –, derselbe sein könnte, der Ihnen auch hilft, durch „konzeptionelle Räume“ zu navigieren. Stellen Sie sich einen konzeptionellen Raum wie ein riesiges, unsichtbares Netz von Ideen vor, in dem „Katzen“ mit „Hunden“ verbunden sind, welche wiederum mit „Fell“ verbunden sind und so weiter. Genau wie man eine Karte braucht, um zu wissen, wie weit es von seinem Haus bis zum Park ist, braucht Ihr Gehen ein Mittel, um zu messen, wie weit zwei Ideen im Vergleich zueinander entfernt sind. Diese Studie taucht tief in die uralte Maschinerie des Gehirns ein, um zu sehen, ob es dieselben GPS-ähnlichen Werkzeuge nutzt, um abstraktes Wissen zu organisieren, wie es das tut, um einen Coffee Shop zu finden.

Die Forscher waren speziell an zwei Arten von „Distanz“ in diesem mentalen Netz interessiert. Erstens gibt es die lokale Distanz: wie viele direkte Schritte es braucht, um von einer Idee zu einer anderen zu gelangen (wie der Weg vom Wohnzimmer in die Küche). Zweitens gibt es die globale Bedeutung: wie zentral eine bestimmte Idee für das gesamte Netzwerk ist. Ist ein Knoten wie ein belebter Stadtverkehrsknotenpunkt, an dem viele Wege zusammenlaufen (hohe globale Bedeutung), oder wie eine ruhige Sackgasse (niedrige globale Bedeutung)? Das Verständnis darüber, wie das Gehirn diese Verbindungen kartiert, hilft uns zu verstehen, wie wir lernen, uns erinnern und die Welt begreifen, ohne uns in einem Meer von Informationen zu verlieren.

Das Alien-Planeten-Spiel

Um dies zu testen, entwickelten die Wissenschaftler ein experimentelles Videospiel mit 25 jungen Männern. Sie verwendeten keine echten Städte oder berühmte Wahrzeichen; stattdin erfanden sie ein Universum aus 27 „Alien-Planeten“, die jeweils durch ein einzigartiges Bild einer fremdartigen Landschaft dargestellt wurden. Die Teilnehmer mussten die Reisewege zwischen diesen Planeten erlernen. Sie erhielten keine Karte! Stattdessen spielten sie ein Spiel, bei dem sie einen aktuellen Planeten sahen und raten mussten, zu welchen drei anderen Planeten sie als Nächstes „teleportieren“ konnten. Immer und immer wieder lernten sie diese Verbindungen und setzten so langsam die verborgene Struktur des Alien-Universums in ihrem Geist zusammen.

Am nächsten Tag, nach einer Nacht voller Schlaf, gingen diese Teilnehmer in einen MRT-Scanner. Während sie ruhig lagen, betrachteten sie Bilder der Planeten und mussten einen winzigen Fehler im Bild entdecken. Dies war eine „Cover-Aufgabe“, um ihr Gehirn aktiv zu halten, ohne dass sie merkten, dass ihr Gedächtnis gescannt wurde. Die Wissenschaftler nutzten eine spezielle Technik namens Repräsentationsähnlichkeitsanalyse (RSA), um die Muster der Gehirnaktivität zu untersuchen. Sie fragten sich: „Wenn das Gehirn Planet A sieht, ähnelt das Aktivitätsmuster dann eher dem von Planet B (der nah gelegen ist) oder dem von Planet Z (der weit entfernt ist)?“ Sie verglichen diese Gehirnmuster mit mathematischen Modellen des Alien-Netzwerks, um zu sehen, welche Gehirnregionen die Karte verfolgten.

Das GPS des Gehirns: Zwei verschiedene Aufgaben

Die Studie ergab, dass das Gehirn nicht einfach nur ein „Kartenzentrum“ besitzt. Stattdessen teilt es die Aufgabe, dieses abstrakte Netzwerk zu navigieren, zwischen zwei spezifischen Bereichen auf, die wie ein spezialisiertes Team zusammenarbeiten.

1. Der Distanz-Tracker (Posteriorer Hippocampus & Rechter Retrosplenial-Komplex)
Die Forscher entdeckten, dass der posteriore Hippocampus (eine seahorseförmige Struktur tief im Gehirn) und der rechte Retrosplenial-Komplex (eine Region nahe dem Hinterhaupt) damit beschäftigt waren, die Distanz zu verfolgen. Wenn die Teilnehmer über die Planeten nachdachten, leuchteten diese Bereiche auf eine Weise auf, die mit der Anzahl der „Hops“ oder Schritte zwischen zwei Planeten übereinstimmte. Wenn zwei Planeten im Netzwerk enge Nachbarn waren, waren die Gehirnaktivitätsmuster sehr ähnlich. Wenn sie weit voneinander entfernt waren, waren die Muster sehr unterschiedlich. Es war, als ob diese Gehirnregionen die Schritte auf einer mentalen Treppe zählten und dem Gehirn sagten: „Du bist drei Sprünge von dieser Idee entfernt.“

2. Der Globale Hub (Linker Retrosplenial-Komplex)
Hier wird es besonders interessant. Während die rechte Seite des Gehirns die Schritte zählte, tat der linke Retrosplenial-Komplex etwas anderes. Er zählte nicht nur die Schritte; er verfolgte die globale Konnektivität. Dieser Bereich schien zu wissen, welche Planeten die „Hubs“ (Knotenpunkte) des Netzwerks waren – also jene, die allem anderen im System topologisch nahe kamen. Es ist, als hätte man einen Kontrollturm, der weiß, welcher Flughafen der Hauptknotenpunkt für die gesamte Fluggesellschaft ist, unabhängig davon, wie weit man gerade von ihm entfernt ist. Dies deutet darauf hin, dass die linke Seite dieser Region hilft, eine „große Übersicht“ zu erstellen und die allgemeine Form sowie die Bedeutung des Netzwerks zu verstehen.

Was das Gehirn nicht tat

Die Studie schloss auch einige Dinge aus. Die Wissenschaftler waren überrascht festzustellen, dass der entorhinale Kortex (eine weitere Region, die oft mit gitterartigen Karten im Gehirn in Verbindung gebracht wird) keine Anzeichen dafür zeigte, diese Distanzen in dieser spezifischen Aufgabe zu verfolgen. Sie fanden auch heraus, dass das Gehirn nicht die lokale Konnektivität (wie viele direkte Nachbarn ein Planet hatte) in der Weise verfolgte, wie sie es erwartet hatten. Dies deutet darauf darauf hin, dass das Gehirn zwar hervorragend darin ist, die Distanz zwischen Dingen und deren zentrale Bedeutung im Gesamtsystem zu messen, aber die „Anzahl der direkten Freunde“, die ein Knoten hat, möglicherweise auf eine andere Weise handhabt oder dies nur tut, wenn wir aktiv eine Route planen, statt nur die Karte zu erinnern.

Das Fazit

Vereinfacht ausgedrückt legt diese Arbeit nahe, dass unser Gehirn beim Erlernen eines neuen, abstrakten Systems – wie etwa eines neuen Regelsatzes, eines sozialen Netzwerks oder eines komplexen Themas in der Schule – eine Karte dieses Systems mit denselben Werkzeugen erstellt, die es auch zur Navigation in einer Stadt verwendet. Der posteriere Hippocampus und der rechte Retrosplenial-Komplex fungieren als unsere Schrittzähler, die den Abstand zwischen Ideen messen. Währenddessen fungiert der linke Retrosplenial-Komplex als der Chefarchitekt, der im Blick behält, welche Ideen die wichtigsten Knotenpunkte im gesamten Netzwerk sind. Es scheint, dass unsere Gehirne geborene Kartografen sind, die selbst das abstrakteste Wissen in eine navigierbare Landschaft verwandeln und so sicherstellen, dass wir uns im Netz der Informationen nicht verirren.