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19.01.2010

 

Es ist eine alte Lehrerweisheit: Etwas Mathe sollte jeder können, das hilft im Alltag. Bei Tieren ist das nicht anders. Sie müssen Entscheidungen treffen, die für das Überleben von großem Vorteil sein können. Zum Beispiel wenn es darum geht, zur ergiebigeren Futterquelle zu greifen: Dazu müssen sie Größenvergleiche anstellen, eine elementare Fähigkeit, die auch Kinder schon sehr früh beherrschen.

Gleiches gilt, wenn sozial lebende Tiere, wie Affen, plötzlich angegriffen werden. Dann müssen sie rasch ihre Lage einschätzen können: Haben wir eine Chance, unser Revier zu verteidigen und die Feinde zu vertreiben, weil wir mehr sind, oder ist wegen der eigenen Unterzahl Rückzug angesagt? Dass verschiedenste Tierarten einfache arithmetische und logische Aufgaben lösen können, wissen Forscher schon lange.

Andreas Nieder und seine Kollegen von der Universität Tübingen haben nun untersucht, welche Nervenzellen Affen nutzen, wenn sie Mengen vergleichen. "Wir konnten genau beobachten, wie einzelne Zellen arbeiten, wenn die Rhesusaffen eine Größer- oder Kleiner-als-Regel befolgen", erklärt Nieder im Gespräch mit SPIEGEL ONLINE. Die Forscher fanden heraus, dass der sogenannte präfrontale Kortex, der Frontallappen der Großhirnrinde, der sich an der Stirnseite des Gehirns befindet, für das Lösen der Aufgabe zuständig ist.

Frontallappen verarbeitet Rechenaufgaben

Am Computer mussten zwei Rhesusaffen ihr mathematisches Können unter Beweis stellen: Sie bekamen erst eine Punktmenge und anschließend einen sogenannten Regelhinweis gezeigt. Ein roter Kreis stand für die Größer-als-, ein blauer für die Kleiner-als-Regel. Dann mussten sich die Affen unter zwei verschiedenen Punktmengen für eine von beiden entscheiden und angeben, wo die größere oder wo die kleinere Punktmenge zu sehen war, je nachdem, welche Regel sie befolgen sollten.

Die Regeln wählte der Computer nach dem Zufallsprinzip aus. Nach einer gewissen Zeit beherrschten die Tiere die Aufgabe souverän, berichten die Forscher im Fachblatt "Proceedings of the National Academy of Sciences". Während des Experiments überwachten die Forscher die Aktivität von 484 zufällig gewählten Nervenzellen im präfrontalen Kortex. Dabei stellten die Wissenschaftler erstaunlicherweise fest, dass 20 Prozent dieser Gehirnzellen sich ausschließlich auf die Rechenregel konzentrierten, unabhängig davon, wie groß die zu vergleichenden Punktmengen waren. "Etwa die eine Hälfte der Nervenzellen sahen wir arbeiten, wenn die Affen die Größer-als-Regel befolgen sollten", sagt Nieder. "Die andere Hälfte der Neuronen feuerte dann, wenn der Rhesusaffe den Kleiner-als-Punkt zu sehen bekam."

Verräterische Aktivitätsmuster

Während der Versuche zeichneten die Forscher mit Hilfe von Elektroden im Gehirn die elektrische Aktivität der einzelnen Neuronen auf. Anhand der Aktivitätsmuster konnten die Forscher später sogar vorhersagen, für welche Punktmenge sich der Affe entscheiden würde.

"Wir konnten deutlich zeigen, dass die elektrische Aktivität der Neuronen für das Lösen von komplexen Aufgaben dieser Art entscheidend ist", sagt Nieder. In dieser Erkenntnis sieht der Forscher wichtige Ansätze für die Hirnforschung beim Menschen. Es gehe nicht nur darum, die Verarbeitung von Zahleninformationen zu erforschen. Die Untersuchungen seien notwendig, um einen Zugang zu den komplexen Denkprozessen des Gehirns zu finden.

Auf die Kritik des Vereins Ärzte gegen Tierversuche, den Affen würde völlig ohne Grund für lange Zeit der Kopf fixiert, erwidert Nieder: "Wir gehen mit großer Sorgfalt mit den Tieren um und bemühen uns, die Belastung so gering wie möglich zu halten." Es gebe keine andere Möglichkeit, die elektrische Aktivität einzelner Nervenzellen zu messen. "Sie ist aber letztendlich die physikalische Ursache geistiger Prozesse." Zudem würden die Affen die Elektroden im Gehirn nicht spüren, weil es dort keine Schmerzrezeptoren gebe. Die Versuche seien von den Behörden zuvor begutachtet und genehmigt worden.

Die Großhirnrinde im Stirnbereich ist eine besonders wichtige Steuerzentrale des Gehirns. Schädigungen in diesem Bereich können zu starken Persönlichkeitsveränderungen führen: "Menschen nach einem Schlaganfall oder nach Verletzungen des Frontallappens haben mitunter große Schwierigkeiten, Entscheidungen zu treffen, oder Regeln zu ändern", sagt Nieder. "Auch soziale Regeln verstehen und befolgen sie teilweise nicht mehr."